ONDAS SONORAS
São ondas longitudinais as partículas do meio realizam deslocamentos paralelos ao sentido do movimento da onda.
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As ondas sonoras no ar são os exemplos mais importantes de ondas longitudinais
Pulso Onda longitudinal
A onda sonora pode ser considerada uma onda deslocamento
ou uma onda de pressão
tkxstxs sin, máx
tkxptxp cos, máx
máxmáx svp
A vibração provoca uma série periódica de sucessivas compressões e rarefacções
1
2
São essas variações de pressão numa onda sonora que resultam numa força que provocam uma força oscilando no tímpano, levando a sensação de audição
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Ouvido externo - Ouvido médio - Ouvido interno1) Canal auditivo 2) Tímpano 3) Martelo 4) Bigorna 5) Estribo 6) Janela oval 7) Tromba de Eustáquio 8) Cóclea 9) Nervo auditivo
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ESPECTRO SONORO
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6
INTENSIDADE E NÍVEL SONORO
dB log 100I
I
Para medirmos o nível de intensidade sonora usamos uma escala logarítmica chamada de decibel, dB o decibel (dB), que corresponde a um décimo de bel (B)
onde é a intensidade do som no limiar da audibilidade ( o som audível mais baixo):
A equação para decibel é dada por :
212
0 W/m10 I
A intensidade do som, I está relacionada com a energia transportada pela onda sonora indica o fluxo da potência acústica sobre uma dada área
No SI, a unidade para a medida de I é dada por : 2W/m (watt por metro quadrado)
0I
valor de referencia
Esta a unidade é definida em termos de uma escala logarítimica, porque a intensidade absoluta dos sons varia numa escala muito grande .
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Fonte I/Io dB DescriçãoRespiração normal 100 0 Limite de audição
Biblioteca 103 30 Muito silencioso
Conversação normal 105 50 Calmo
Camião pesado 109 90 Exposição prolongada provoca danos no ouvido
Concerto rock (a 2 m)
1012 120 Limite de dor
Jacto na descolagem 1015 150
Motor de foguetão 1018 180
NÍVEIS SONOROS DE ALGUMAS FONTES
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Reverberação
Eco
O som propaga-se em diversos meios sólidos, líquidos ou gasosos, mas a sua velocidade de propagação varia de meio para meio e até com a temperatura
A velocidade de uma onda sonora no ar para temperaturas em torno da temperatura ambiente
Velocidade de propagação do som: no ar é de 340 m/s (à temperatura ambiente) na água é de 1 500 m/s no granito é de 6 000 m/s.
C
O C)m/s 6.0( m/s 331 Tv celsius graus em ra temperatua é C T
C0 a som do e velocidada é m/s 331 9
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EFEITO DOPPLER
Emissor e receptor de ondas sonoras imóveis
v
ff '
frequência f’ do receptor = frequência f do emissor
Quando um veículo tem a sirene ligada durante o seu deslocamento numa estrada, a frequência do som que se ouve por um observador parado é mais elevada quando o veículo se aproxima do que quando o veículo se afasta efeito Doppler
vv F
f
v
f
vx F '
F''
vv
vf
vf
f’ → frequência aparente
f → frequência real
v → velocidade do som
→ velocidade da fonteFv
f
v
f
vx F '
F''
vv
vf
vf
EFEITO DOPPLER quando o observador (ou o detector) se aproxima ou se afasta da fonte emissora que está parada
v
vvf
vf Drel
F
D
vv
vvff
v
vvf
vf Drel
Quando o detector e o emissor estiverem em movimento
Em a e b o detector se aproxima da fonte
Quando o detector se afasta da fonte
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ONDAS DE CHOQUE
Na equação F
'vv
vff
quando ' fvv F
vv F
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Ao voar, a uma velocidade supersónica, um avião cria, no seu rasto, um fenómeno chamado «estampido sónico»? Ou seja, um barulho parecido com o ribombar de um trovão
No momento em que um avião atravessa a barreira do som, forma-se uma enorme nuvem à sua volta. A grande variação de pressão na onda de choque faz com que a água presente no ar se condense sob a forma de gotículas. Chama-se "cone de Mach".
VELOCIDADE SUPERSÓNICA
Se o avião voar bem baixo, o barulho pode até partir os vidros das janelas das habitações! No entanto, ao contrário do que se possa pensar, quando um avião ultrapassa a velocidade supersónica, o voo passa a ser suave, porque se passa a voar mais rápido do que as ondas de pressão
vv F
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PRINCÍPIO DA SOBREPOSIÇÃO
Dois pulsos ondulatórios, vindo de direcções opostas, que se propagam numa corda esticada e se combinam num dado ponto. O deslocamento resultante é a soma dos deslocamentos individuais.
A sobreposição de ondas não afecta de nenhum modo a progressão de cada umaA sobreposição de ondas não afecta de nenhum modo a progressão de cada uma
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INTERFERÊNCIA CONSTRUTIVA E INTERFERÊNCIA DESTRUTIVA
nodoantinodo
2
ondas estacionárias
tkxytxy m cossin2,
Ondas que se propagam na mesma direcção
Para duas ondas com a mesma amplitude e a mesma frequência angular
Ondas que se propagam em direcções opostas
Interferência construtiva As cristas das ondas individuais ocorrem nas mesmas posições
Interferência destrutiva O máximo de uma onda coincide com o mínimo da outra
tkxAtxy sin,
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ONDAS ESTACIONÁRIAS
tkxAtxy cossin2, matematicamente esta equação se parece mais como um oscilador harmónico simples do que com o movimento ondulatório para ondas progressivas
é um padrão de oscilação que resulta de duas ondas que se propagam em sentidos opostos
amplitude
A amplitude máxima do MHS tem valor 2A amplitude da onda estacionária
Cada partícula oscila com frequência
1sin kx ...,2
5 ,
2
3 ,
2
kxA amplitude máxima ocorre quando
como as posições de máxima amplitude (antinodos) são 2
k
16
4 ,...
4
5 ,
4
3 ,
4 ...,
2
5 ,
2
3 ,
2
2 n
xx onde ... 3, 2, ,1n
A amplitude mínima ocorre quando 0sin kx ...,3 ,2 , kx
2 ,...
2
3 , ,
2 ...,3 ,2 ,
2 n
xx onde ... 3, 2, ,1n
Da mesma forma as posições de mínima amplitude (nodos) são
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V
V
V
V
Onda estacionária
Onda incidente
Onda reflectida
ONDAS ESTACIONÁRIAS EM CORDAS
Uma corda é esticada entre dois suportes rígidos
No geral temos e onde
ONDAS ESTACIONÁRIAS EM CORDAS
L
Numa corda presa por ambas as extremidades para certas frequências formam-se ondas estacionárias transversais
vffv
L
vf
LLn
quelembrar
21
1
221 11
Modo fundamental ou primeiro harmónico
L
vf
LLn
22
2
22 22
Segundo harmónico
Terceiro harmónico
L
vf
Ln
23
3
23 33
A corda tem vários padrões naturais de vibração modos normais
n
Ln
2 12
nfL
vnf n ... 3, 2, ,1n
T
L
nf n 2
ou 18
