fenómenos ondulatórios em meios materiais...amplitude das ondas • o afastamento máximo de...

O que são ondas?

O som é um fenómeno de natureza ondulatória.

O som propaga-se por ondas.

Formação de ondas na água devido

à queda de uma pequena pedra.

Fenómenos ondulatórios em meios materiais

Ponto onde se iniciou a

vibração

Ondas mecânicas • São ondas que precisam de um

meio material para se

propagarem.

• Não transportam matéria ao longo da direção

de propagação.

• Transportam energia, associada às vibrações,

ao longo da direção de propagação.

cristas

vales


Amplitude das ondas

• O afastamento máximo de qualquer ponto em relação a sua posição

de equilíbrio chama-se amplitude de vibração e representa-se pela

letra A.

• Unidade SI de medida da amplitude de ondas na água ou em

cordas: metro (m)

Maior amplitude

da onda Mais energia transferida ao

longo do material onde se

propaga.


Frequência das ondas

• A frequência das ondas corresponde ao número de vibrações

completas efetuadas por segundo e representa-se pela letra f.

• Unidade SI de medida: hertz (Hz)

Maior frequência

da onda

Mais vibrações completas são

efetuadas por segundo e mais

energia é transferida.

Maior frequência Menor frequência


• O período de uma onda corresponde ao intervalo de tempo

necessário para que qualquer ponto da onda efetue uma vibração

completa e representa-se pela letra T.

• Unidade SI de medida: segundo (s)

Como se relaciona o período de uma onda com a sua frequência?

ou

• Os valores do período e da frequência de uma onda são o inverso

um do outro.

maior T ⇔ menor f

menor T ⇔ maior f

Período das ondas


Que informações podemos retirar deste gráfico?

Gráfico posição-tempo de uma onda na água ou numa corda


A amplitude da onda, distância máxima do ponto à posição de

equilíbrio, é de 0,5 m.

0,8 s é o intervalo de tempo necessário para completar uma

vibração completa, ou seja, é o período desta onda.

Como a frequência é o inverso do período, o seu valor será:

f = 1 ⇔ f = 1,25 vibrações /s ou 1,25 Hz

0,8

Conclusões do gráfico


• Qualquer som é produzido pela vibração de um corpo ou

parte dele - fonte sonora.

• As vibrações originam som.

Produção do som

O movimento da extremidade livre da

lâmina produz som. O movimento do elástico produz som.

Sempre que um corpo sai de uma

posição e, depois de se deslocar

para um e para outro lado da

posição de equilíbrio, volta a passar

na mesma posição, executa uma

vibração completa.

Sempre que um corpo se desloca

de uma posição extrema até à outra

posição extrema oposta, realiza

meia vibração. O mesmo acontece

se o corpo sai da posição de

equilíbrio, vai até a um extremo e

regressa à posição de equilíbrio.

Produção do som

Instrumentos musicais

Instrumentos

musicais

Instrumento musical Origem do som

Cordas Vibração das cordas

Percussão Vibração de partes

metálicas, couro ou

madeira

Sopro Vibração de colunas de ar

Produção do som

de

cordas

de

percussão

de sopro

Frequência das fontes sonoras

A frequência de uma fonte sonora corresponde ao número de

vibrações efetuadas por segundo e o seu valor é característico da

fonte sonora.

• No Sistema Internacional de unidades a frequência (f) exprime-se em Hertz (Hz) ou s-1

.

Frequência Intervalo de tempo

Produção do som

Propagação do som

Para existir um som é preciso:

O Som…

• corresponde à sensação auditiva provocada por vibrações dos

corpos.

• propaga-se num meio como o ar, a água ou o aço, ou seja, meios

materiais.

• não se propaga no vácuo (ausência de meio material).

Os corpúsculos do material onde o som se propaga vibram com a

mesma frequência da fonte sonora.

Propagação do som

Como se propaga o som

• As vibrações dos corpúsculos de um material, como o ar,

provocam a sua aproximação nuns locais e o afastamento entre

esses locais, originando alternadamente:

Zonas de compressão, com maior densidade do ar e maior pressão.

Zonas de rarefação, com menor densidade do ar e menor

pressão.

Propagação do som

Velocidade do som

A velocidade do som num material é a rapidez com que o som se

propaga nesse material. O valor da velocidade do som corresponde

à distância a que o som se propaga ao fim de 1s.

metro (m)

segundo (s) metro por segundo (m/s)

Propagação do som

A velocidade do som e o meio onde se propaga

• A velocidade do som depende do meio onde se propaga.

v som (gases) < v som (líquidos) < v som (sólidos)

porque

Propagação do som

A velocidade do som e a temperatura

• A velocidade do som depende da temperatura do meio onde se

propaga.

A velocidade do som aumenta com o

aumento da temperatura

porque

• Quanto mais elevada for a temperatura de

um material maior é a agitação corpuscular,

os corpúsculos chocam mais facilmente e, por

isso, as vibrações propagam-se mais

rapidamente, sendo maior a velocidade do

som.

Propagação do som

Ondas mecânicas

Transversais Longitudinais

A direção de vibração da onda é

perpendicular à sua direção de

propagação.

A direção de vibração da onda é

igual à sua direção de

propagação.

Ondas sonoras

Ondas Sonoras

• As ondas sonoras são ondas mecânicas longitudinais.

direção de vibração = direção de propagação

Ondas sonoras

Ondas de pressão e sua representação por gráficos pressão-

tempo

• As ondas sonoras são constituídas por zonas onde os corpúsculos do ar se

aproximam e a pressão é maior do que antes de iniciar a vibração, separadas

por outras zonas onde os corpúsculos se afastam, e a pressão é menor do que

antes de se iniciar a vibração.

• Por isso se chama às ondas sonoras ondas de pressão.

Ondas sonoras

Gráfico pressão-tempo num ponto do ar sujeito a uma onda sonora.

Este gráfico:

• mostra a periodicidade temporal da pressão do ar;

• permite ler os valores da amplitude da pressão – A – e do

período da onda – T;

• permite obter o valor da frequência pela expressão ƒ= 1/T.

Ondas sonoras

Visualização de ondas sonoras num osciloscópio

• O osciloscópio é um aparelho que permite visualizar ondas sonoras

depois de serem convertidas, por um microfone, em ondas elétricas

com a mesma frequência das sonoras.

• Também permite determinar o período e a frequência das ondas

sonoras.

Ondas sonoras

Atributos do som

Intensidade Altura

• Os atributos do som são características que nos permitem distinguir

uns sons de outros.

Timbre

Atributos do som

Intensidade

distingue

Sons fortes Sons fracos

maior intensidade menor intensidade

ondas com maior

amplitude (A) ondas com menor

amplitude (A)

mais energia menos energia

Atributos do som

Um som forte propaga-se até uma distância maior do que um

som fraco.

Atributos do som

Altura

distingue

Sons altos

(agudos)

Sons baixos

(graves)

maior altura menor altura

ondas com maior

frequência (f)

ondas com menor

frequência (f)

mais energia menos energia

Atributos do som

Em instrumentos de cordas:

Atributos do som

Em instrumentos de sopro:

Colunas de ar

curtas

compridas

Sons agudos

Sons graves

Os sons podem distinguir-se pela altura e pela intensidade:

Atributos do som

Sons puros e sons complexos

Som produzido por um

diapasão.

Som produzido por

instrumentos musicais e

pelas cordas vocais.

Atributos do som

Timbre

• O timbre é o atributo de um som complexo que permite distinguir

sons com a mesma intensidade e a mesma altura quando

produzidos por diferentes fontes sonoras.

• A mesma nota musical produzida por 3 instrumentos diferentes,

origina ondas sonoras distintas.

Atributos do som

O ouvido humano

O ouvido humano e os sons que deteta

Ouvido

Externo Recebe as vibrações.

Médio Amplifica as vibrações.

Interno

Converte as vibrações em

sinais elétricos a enviar ao

cérebro.

É o cérebro que

descodifica os sons que

nos rodeiam.


Constituição do ouvido

Espetro sonoro

Ondas sonoras

incluem

Sons audíveis Sons não audíveis

Sons

Ondas com

frequência

entre 20 Hz e

20 000 Hz

Infrassons Ultrassons

Ondas com

frequência inferior

a 20 Hz

Ondas com

frequência superior

a 20 000 Hz


Os animais ouvem

sons que nós não

ouvimos.


Espetro sonoro

Nível sonoro

• Para cada frequência existe uma intensidade mínima abaixo da qual

não ouvimos os sons e uma intensidade máxima que a membrana do

tímpano pode suportar.

• Na prática, para descrever a sensibilidade do ouvido humano aos sons

usa-se uma grandeza chamada nível de intensidade sonora, ou nível

sonoro.

• O nível sonoro mede-se com aparelhos que se chamam

sonómetros.


Unidade de nível

sonoro bel (símbolo: B) Usa-se um submúltiplo

decibel (símbolo: dB)

0 dB 120 dB


• Os valores do limiar de audição e do limiar de dor dependem da

frequência do som.

• Os valores correspondentes aos limiares de audição e de dor para

cada frequência variam de pessoa para pessoa.


Testes auditivos e audiogramas

• A capacidade auditiva não é a mesma para todas as pessoas. Esta

capacidade vai reduzindo com a idade e também pode ser alterada,

por exemplo, devido a exposição, ainda que reduzida, a sons muito

intensos.

Fontes de poluição sonora

• São fontes de poluição sonora todas as fontes sonoras que emitem

sons indesejáveis e que originam níveis de intensidade sonora muito

elevados.

Sistemas de som de discotecas, motores potentes em

funcionamento, tráfego rodoviário e aéreo, etc.


Som

Reflexão, absorção e refração do som

Reflexão do som

• Quando as ondas sonoras emitidas encontram uma superfície dura e lisa,

voltam para trás. As ondas mudam de direção e de sentido, ou apenas de

sentido, e continuam a propagar-se no mesmo meio – reflexão do som.

Mudança de sentido Mudança de direção e sentido

Absorção do som

A reflexão do som é sempre acompanhada de

absorção na superfície refletora.

Materiais que absorvem bem o som

cortinas papel de parede

tapetes

Eco e reverberação do som

Reflexão do som origina

Eco Reverberação

O eco consiste na

repetição de um som e

ocorre quando o

obstáculo se encontra a

uma distancia ≥ 17 m.

Chama-se reverberação

à persistência do som

devido a sucessivas

reflexões em obstáculos

próximos.

Eco

O ouvido consegue

distinguir entre o

som emitido e o

som refletido.

O ouvido não consegue

distinguir entre o som

emitido e o som refletido.

Reverberação

• As sucessivas reflexões fazem com que um som ouvido num

determinado momento se prolongue no tempo, sendo sucessivamente

menos intenso, em vez de deixar de se ouvir imediatamente.

Aplicações da reflexão de ultrassons

Ecografias Ecolocalização nos

animais Sonares

Refração do som

• A passagem do som de um material para outro onde se propaga com

velocidade diferente chama-se refração do som.

• Tal como acontece na reflexão, também a refração do som é

acompanhada de absorção. É por isso que a intensidade do som

refratado é sempre menor do que a intensidade do som incidente.

Isolamento acústico das habitações

Isoladores sonoros

Reduzem a

transmissão do

som porque

Refletem bem o som

exterior

Absorvem bem o som

Exemplos:

• Barreiras sonoras para proteção das habitações contra o ruído produzido

pelo tráfego automóvel;

• Paredes bem polidas e bastante espessas nas habitações;

• Uso de materiais como a cortiça, a borracha e a esferovite;

• Vidros duplos com uma camada de ar no interior.

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