ONDAS SONORASONDAS SONORASACÚSTICAACÚSTICA
Professor Ilan RodriguesProfessor Ilan Rodrigues
TridimensionalTridimensional
1. O Som
MecânicaMecânica
LongitudinalLongitudinal
TridimensionalTridimensional
Necessita de um meio material para propagar-se.
Pulso na mesma vibração da propagação da onda.
Propagar-se em todas as direções.
MecânicaMecânica LongitudinalLongitudinal
Meio MaterialMeio Material
ARARFFFFVelocidadeVelocidade
Ouvido externo: capta o som.
Tímpano leva o som para o ouvido
médio (martelo, bigorna e estribo)
Quando o som chega no ouvido interno ele é amplificado de 30 a
60 vezes pela janela oval no inicio do labirinto e caracol.
No ouvido interno estão as terminações nervosas que se comunicam com o cérebro) .
2. Fisiologia da Audição
A Velocidade do som é depende da Densidade.A Velocidade do som é depende da Densidade.
3. Velocidade de Propagação do Som
MEIOVelocidade do
som (m/s)Hidrogênio (0ºC) 1261
Hidrogênio (15ºC) 1290Nitrogênio (0ºC) 377
Nitrogênio (15ºC) 346Oxigênio (0ºC) 346
Gas
es
Oxigênio (15ºC) 324Água (20ºC) 1490
Benzeno (20ºC) 1250Clorofórmio (20ºC) 960
Líq
uid
osEtanol (20ºC) 1168
Aço (20ºC) 5000Alumínio (20ºC) 5040Chumbo (20ºC) 1200
Cobre (20ºC) 3710Latão (20ºC) 3500
Rochas até 6000
Sól
idos
Vidro 5370
... GasLíqSól VVV
V = V = λλ . f . f
A Velocidade do som depende da Temperatura A Velocidade do som depende da Temperatura
A 20A 20°C°C, o som propaga-se , o som propaga-se no no ferro sólidoferro sólido a 5100 a 5100m/sm/s, ,
na na água líquidaágua líquida a a 14501450m/sm/s e no e no arar a 343 a 343m/sm/s..
Graus CelsiusVelocidade do som
(m/s)- 20 319- 10 326
0 33210 33820 34430 355
A Velocidade do som depende da UmidadeA Velocidade do som depende da Umidade
A Velocidade do som não depende da Pressão A Velocidade do som não depende da Pressão Atmosférica e da FrequênciaAtmosférica e da Frequência
Aviões supersônicos: possuem velocidade maior
que o som no ar.
Quebra da barreira do som - Boom Acústico :
Ao se ultrapassar a barreira do som, é gerada uma onda de pressão sonora de alta intensidade, semelhante ao som de uma grande explosão. Se ocorrer próximo a cidades, pode ocasionar quebra de vidraças e telhas das residências.
Tipos de Sons
Som AudívelSom AudívelInfra-somInfra-som Ultra-somUltra-som
20 Hz20 Hz 20.000 Hz20.000 Hz
Ex: Ondas SísmicasEx: Ondas Sísmicas Ex: Cachorros , morcegos ...Ex: Cachorros , morcegos ...
O som de um apito é analisado com o uso de um medidor que, em O som de um apito é analisado com o uso de um medidor que, em sua tela, visualiza o padrão apresentado na figura a seguir. sua tela, visualiza o padrão apresentado na figura a seguir. O gráfico representa a variação da pressão que a onda sonora O gráfico representa a variação da pressão que a onda sonora exerce sobre o medidor, em função do tempo, em μs (1 μs = 10exerce sobre o medidor, em função do tempo, em μs (1 μs = 10 6 6 s). s). Analisando a tabela de intervalos de freqüências audíveis, por Analisando a tabela de intervalos de freqüências audíveis, por diferentes seres vivos, conclui-se que esse apito pode ser ouvido diferentes seres vivos, conclui-se que esse apito pode ser ouvido apenas porapenas pora) seres humanos e cachorrosa) seres humanos e cachorrosb) seres humanos e saposb) seres humanos e saposc) sapos, gatos e morcegosc) sapos, gatos e morcegosd) gatos e morcegosd) gatos e morcegose) morcegose) morcegos
3. Qualidades Fisiológicas do Som3.1 Intensidade3.1 Intensidade (Amplitude)(Amplitude)
(Volume do som)(Volume do som)
a) Fortea) Forte
b) Fracob) Fraco
AA
AA
3. Qualidades Fisiológicas do Som3.2 Altura3.2 Altura (Frequência)(Frequência)
a) Altoa) Alto
b) Baixob) Baixo
ff
ff
(Agudo)(Agudo)
(Grave)(Grave)
Qualidade que permite diferenciardiferenciar duas ondas sonoras de mesma alturamesma altura e mesma intensidademesma intensidade, emitidos por fontes distintas.
3. Qualidades Fisiológicas do Som
3.3 Timbre3.3 Timbre
O timbre está relacionado à forma da ondaforma da onda emitida pelo instrumento.
Diapasão
Flauta
Violino
Voz (letra a)
Clarineta
4. Reflexão do Som Quando as ondas sonoras atingem um obstáculo fixo, Quando as ondas sonoras atingem um obstáculo fixo, como uma parede, elas sofrem reflexão com inversão de fase.como uma parede, elas sofrem reflexão com inversão de fase.
Persistência acústicaPersistência acústica
Um ouvinte consegue distinguir dois sons distintos desde que os receba em intervalos de tempo maiores (ou iguais) a 0,1s.
Esse fato possibilita ao observador perceber o fenômeno da reflexão do som em três níveis: ecoeco, reverberaçãoreverberação e reforçoreforço..
Menor intervalo de tempo para que dois sons não se separem no cérebro. A persistência acústica do ouvido humano é de 0,1s.
4. Reflexão do Som
Ocorre quando Ocorre quando t t 0,1 0,1ss. O observador ouve separadamente o . O observador ouve separadamente o som direto e o som refletido.som direto e o som refletido.
4.3 Eco4.3 Eco
17m17m
tVD .
Como D = 2.X e o tempo mínimo é de 0,1 s.
mx
x
17
01.3402
4. Reflexão do Som4.2 Reverberação4.2 ReverberaçãoOcorre quando Ocorre quando t < 0,1t < 0,1ss. Há um prolongamento da . Há um prolongamento da sensação auditiva.sensação auditiva.
Ocorre quando Ocorre quando t t 0 0ss. Há somente um aumento . Há somente um aumento da intensidade sonora.da intensidade sonora.
4.3 Reforço4.3 Reforço
5. Intensidade Sonora
Unidade no SI:
sm
J
2 2m
W
tA
EI
PotênciaP
tE
A
PI
A = Área
E = Energia
t = tempo
P constante
A I
5. Intensidade Sonora
II PPAA==
rr
II PP4.4.ππ.r .r 22
==
Potência da fonte (Watts)
Área atravessada pelo som (m2)
Som Som FisiológicoFisiológico
Silêncio Silêncio AbsolutoAbsoluto
Poluição Poluição SonoraSonora
10 10 -12 -12 W/mW/m22 1 1 W/mW/m22
Limiar de Limiar de AudiobilidadeAudiobilidade
Limiar de Limiar de DorDor
I (W/mI (W/m22))
5. Intensidade Sonora
6. Nível Sonoro (Intensidade Auditiva)
oI
Ilog10β A unidade de nível sonoro,
para a equação dada, é o decibel (dB).
É a relação entre a intensidade do som ouvido pela intensidade É a relação entre a intensidade do som ouvido pela intensidade mínima.mínima.
Som Som FisiológicoFisiológico
Silêncio Silêncio AbsolutoAbsoluto
Poluição Poluição SonoraSonora
II0 0 = 10 = 10 -12 -12 W/mW/m22 1 1 W/mW/m22
Limiar de Limiar de AudiobilidadeAudiobilidade
Limiar de Limiar de DorDor
I (W/mI (W/m22))
N (dB)N (dB)0 db0 db 120 db120 db
Exercícios01. (FEI-SP) Um jornal publicou, recentemente, um
artigo sobre o ruído e sua influência na vida dos seres vivos. Esse artigo comentava, por exemplo, que, se uma vaca ficasse passeando pela Avenida Paulista durante um certo tempo, ela não daria mais leite, e uma galinha deixaria de botar ovos. Considerando Io=1012W/m2, num local onde o ruído atinge 80dB, a intensidade sonora, em W/m2, é:
24128812
1212
1010101010
810
log10
log1080log10
mWIII
II
I
I
o
7. Cordas Vibrantes Quando uma corda, tensa e fixa nas extremidades, é posta a Quando uma corda, tensa e fixa nas extremidades, é posta a vibrar, originam-se ondas transversais que se propagam ao vibrar, originam-se ondas transversais que se propagam ao longo do seu comprimento, refletem-se nas extremidades e, por longo do seu comprimento, refletem-se nas extremidades e, por interferência, ocasionam a formação de ondas estacionárias.interferência, ocasionam a formação de ondas estacionárias.
A corda, vibrando estacionariamente, transfere energia ao ar A corda, vibrando estacionariamente, transfere energia ao ar em sua volta, dando origem às ondas sonoras que se propagam em sua volta, dando origem às ondas sonoras que se propagam no ar. A freqüência dessa onda é igual à freqüência de vibração no ar. A freqüência dessa onda é igual à freqüência de vibração da corda. Assim, da corda. Assim, uma corda vibrante (ou corda sonora) é uma uma corda vibrante (ou corda sonora) é uma fonte sonorafonte sonora. .
λ /2
λ /2
λ /2
λ
λ /2
λ /2
λ /2
3λ/2
λ /2
λ /2
λ /2
λ /2
2λ
Exemplos de Cordas Vibrantes
No violão todas as cordas são de mesmo tamanho, mas possuem espessuras diferentes para possibilitar sons diferentes
(mesmo L corda fina V f ).
λ/2
λλ 2 . L2 . L==
λλ
22LL==
vv
2.L2.L
ff ==11
λλ LL==
λλ 2 . L2 . L==
3 3 λλ
22LL==
33
. v. v2.L2.L
ff ==NN
N = 1, 2, 3, 4, 5 ...
λ/2 λ/2 λ/2
λ/2 λ/2 vv
LLff 22
vv
2.L2.Lff 33
22
Som FundamentalSom Fundamental
==
==
NOTA: Velocidade e tração na corda
T
v
Velocidade de propagação (m/s)Velocidade de propagação (m/s)
Força de Tração (N)Força de Tração (N)
Densidade Linear (Kg/m)Densidade Linear (Kg/m)
Exercícios(PUC-MG) A figura ao lado mostra uma corda vibrando
no estado estacionário. A afirmativa incorreta é:a) O comprimento de onda é 120 cm.b) A corda vibra no terceiro harmônico.c) A distância entre um ventre e um nó consecutivo é
30cm.d) O ponto P da corda vibra em movimento harmônico
simples.e) Se a velocidade de propagação vale 7,2m/s, a
freqüência de vibração vale 8,64Hz.1,80m
P
Exercícios• Pela figura temos:• L=1,80m (comprimento da
corda)• n=3 (Terceiro harmônico)
1,80m
P
mn
Ln 2,1
3
8,12233
0,60m
0,3m
nó
ventre
HzffL
Vnfn 6
8,12
2,73
2 33
Alternativa E
Nos instrumentos de madeira, com o oboé, o som é Nos instrumentos de madeira, com o oboé, o som é produzido pela palheta;produzido pela palheta;
7. Tubos Sonoros
Se uma fonte sonora for colocada na extremidade aberta de Se uma fonte sonora for colocada na extremidade aberta de um tubo, as ondas sonoras emitidas irão superpor-se às que se um tubo, as ondas sonoras emitidas irão superpor-se às que se refletirem nas paredes do tubo, produzindo ondas estacionárias refletirem nas paredes do tubo, produzindo ondas estacionárias com determinadas freqüências.com determinadas freqüências.
Uma extremidade aberta sempre corresponde a um ventre Uma extremidade aberta sempre corresponde a um ventre (interferência construtiva) e a fechada, a um nó (interferência (interferência construtiva) e a fechada, a um nó (interferência destrutiva).destrutiva).
No trompete e no berrante o som é produzido pelos lábios do No trompete e no berrante o som é produzido pelos lábios do executante;executante; Na flauta transversal e nos tubos de órgão o som é produzido Na flauta transversal e nos tubos de órgão o som é produzido por uma aresta em forma de cunha que intercepta o sopro.por uma aresta em forma de cunha que intercepta o sopro.
LL
λ/4 λ/4
2 2 λλ
44LL==
λλ 2 . L2 . L==
7.1 Tubos Abertos
LL
λ/4 λ/4 λ/4 λ/4
λ/4 λ/4 λ/4 λ/4λ/4 λ/4
LL
. v. v2.L2.L
ff ==11
4 4 λλ LL==
λλ 1 . L1 . L==
. v. vLL
ff ==22
6 6 λλ LL==
λλ 2.L2.L==
. v. v2.L2.L
ff ==33
44
44
33
NóNó
NóNó NóNó
NóNó
VV VV
VV VVVV
VVVVVVVV
22
NóNó NóNó
. v. v2.L2.L
ff ==NN
N = 1, 2, 3, 4, 5 ...
LL
LL
LL
NóNóVV λ/4
λλ
44LL==
λλ 4 . L4 . L==
. v. v4.L4.L
ff ==11
NóNó NóNóVV
VVλ/4 λ/4 λ/4
33λλ
44LL==
λλ 4L4L==
. v. v4.L4.L
ff 33
55λλ
44LL==
λλ 4 . L4 . L==
. v. v4.L4.L
ff 55
33
NóNó
VVVVVVVV
NóNó NóNóλ/4 λ/4 λ/4 λ/4 λ/4
55
. v. v4.L4.L
ff ==
N = 1, 3, 5, 7 ...
NN
7.2 Tubos Fechados
2) Tubo Aberto
3) Tubo Fechado
1) Cordas Vibrantes . v. v2.L2.L
ff ==NN
N = 1, 2, 3, 4, 5 ...
. v. v2.L2.L
ff ==NN
N = 1, 2, 3, 4, 5 ...
. v. v4.L4.L
ff ==NN
N = 1, 3, 5, 7 ...
Harmônico
λ2
λ2
λ4
Exercícios(U. Amazonas-AM) Para medir a freqüência de uma
onda sonora, utiliza-se um tubo de secção reta circular, provido de um êmbolo, contendo partículas leves que acompanham as vibrações da onda, indicando a formação de ventres e nós. A figura abaixo mostra a situação em que a posição do êmbolo permite a formação de ondas estacionárias no interior do tubo. Considerando a velocidade do som no ar, dentro do tubo, 340m/s e o comprimento efetivo do tubo 60cm, a freqüência do som, em Hz, é:
Alto-falante
Êmbolo
60cm
Solução• Pela figura: terceiro harmônico• V=340m/s• L = 60cm = 0,6m
Alto-falante
Êmbolo
60cm
Terceiro Harmônico
HzffL
Vnfn 425
6,04340
34 33
Alternativa C
8 Efeito Doppler O O efeito Dopplerefeito Doppler, para ondas sonoras, constitui o , para ondas sonoras, constitui o
fenômeno pelo qual um observador percebe uma fenômeno pelo qual um observador percebe uma freqüência diferente daquela emitida por uma fonte, freqüência diferente daquela emitida por uma fonte, devido ao movimento relativo entre eles (observador e devido ao movimento relativo entre eles (observador e fonte).fonte).
É o que acontece quando uma ambulância, com sua É o que acontece quando uma ambulância, com sua sirene ligada, passa por um observador (parado ou não). sirene ligada, passa por um observador (parado ou não). Enquanto a ambulância se aproxima, a freqüência por Enquanto a ambulância se aproxima, a freqüência por ele percebida é maior que a real (mais aguda); mas, à ele percebida é maior que a real (mais aguda); mas, à medida que ela se afasta, a freqüência percebida é medida que ela se afasta, a freqüência percebida é menor (mais grave). menor (mais grave).
O1 O2
V
F
ffRealReal==vvsomsom
++__vvsomsom
vvouvinteouvinte
vvFonteFonte++__ffAparenteAparente
Aproximação Som percebido é mais alto.
Afastamento Som percebido é mais baixo.
8 Efeito Doppler
VVOO = 0 = 0
ffRealReal==vvsomsom
++__vvsomsom
vvouvinteouvinte
vvFonteFonte++__ffAparenteAparente
Fonte e ouvinte em repouso
00
00 ffRealReal==ffAparenteAparente
VVff = 0 = 0
Ouvinte
1
VVSomSom
Fonte
__
VVOO
ffRealReal==vvsomsom ++vvsomsom vvFonteFonte++__
ffAparenteAparente
Fonte se aproximando do ouvinte
FonteOuvinte
vvouvinteouvinte++__ ffRealReal>>ffAparenteAparente
VVSomSom
VVff
__
VVOO
ffRealReal==vvsomsom ++vvsomsom vvFonteFonte++__
ffAparenteAparente
Fonte se afastando do ouvinte
VVSomSom
VVff
FonteOuvinte
vvouvinteouvinte__
++ffRealReal<<ffAparenteAparente
