Ondas e som resumo

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www.nsaulasparticulares.com.br Prof. Nilton Sihel pg. 1 Ondas Sonoras: - So ondas longitudinais de presso, que se propagam no ar ou em outros meios. - Tm origem mecnica, pois so produzidas por deformao em um meio elstico. - As ondas sonoras no se propagam no vcuo. O ar ou outro meio torna-se mais denso ou rarefeito quando uma onda sonora se propaga atravs dele. As variaes de presso fazem com que nossos tmpanos vibrem com a mesma freqncia da onda, o que produz a sensao fisiolgica do som. Freqncia dos sons audveis: entre 20Hz (infra-snica) e 20.000Hz (ultra-snica, audveis para muitos animais). A velocidade do som no ar a 15oC de 340 m/s; na gua a 15oC de 1.450 m/s; no ferro de 4480m/s. Nos lquidos e nos slidos a velocidade do som maior pois as molculas esto mais prximas uma das outras. Quanto maior a temperatura de um gs, maior ser a velocidade do som devido ao aumento da agitao das molculas. Frmula da velocidade: fv . )()()/(Hzfrequnciafmondadaocomprimentsmsomdovelocidadev Qualidades Fisiolgicas do Som: a) Altura a qualidade que nos permite diferenciar os sons graves de sons agudos. A altura depende apenas da freqncia do som. Sons graves tem freqncia menor (ex.: voz do homem entre 100Hz e 200Hz). Sons agudos tem freqncia maior (ex.: voz da mulher entre 200Hz e 400Hz). www.nsaulasparticulares.com.br Prof. Nilton Sihel pg. 2 b) Intensidade a qualidade que nos permite diferenciar os sons fracos dos sons fortes. API tEP I = intensidade da onda (W/m2) P = potncia da onda (W) A = rea da superfcie E = Energia que atravessa uma superfcie (J) t = tempo (s) A mnima intensidade sonora para ser audvel de Io = 10-12 W / m2 A mxima intensidade para no provocar efeitos dolorosos de aproximadamente 1 W/m2 oIIlog.10 = intensidade auditiva ou nvel sonoro (dB = decibel) BdB1011 c) Timbre a qualidade que nos permite diferenciar sons de mesma altura e intensidade, emitidos por fontes diferentes. Uma mesma nota musical produz sensaes diferentes quando emitida por um violino e por um piano. Propriedades das ondas sonoras: a) Reflexo sonora: Reforo, reverberao e eco A reflexo do som pode dar origem ao reforo, reverberao ou ao eco, dependendo do intervalo de tempo entre a percepo pelo ouvinte do som direto e do som refletido. A ocorrncia de um ou de outro desses fenmenos deve-se ao fato de s conseguirmos distinguir dois sons que nos chegam com um intervalo de tempo superior a 0,1 s (um dcimo de segundo). Se o obstculo que reflete o som estiver muito prximo, o som direto e o som refletido chegam praticamente no mesmo instante. O ouvinte ter ento a sensao de um som mais forte. A esse fenmeno se d o nome reforo. Quando o obstculo refletor est mais afastado, de modo que o intervalo entre a percepo do som direto e a do som refletido menor que 0,1 s, mas no desprezvel, ocorre o fenmeno da reverberao. Nesse caso o caso o som refletido chaga ao sistema auditivo, enquanto a sensao do som direto ainda no se extinguiu. O ouvinte tem ento a impresso de um prolongamento do som. Nos auditrios h reverberao, desde que no exagerada, auxilia o entendimento do que est sendo falado. O eco ocorre quando o som refletido recebido pelo ouvinte depois que o som refletido recebido pelo ouvinte depois que o som direto j se extinguiu. Assim, o ouvinte percebe dois sons distintos. Para que isso acontea, o intervalo de tempo entre a percepo dos dois sons (direto e refletido) deve ser maior que 0,1 s. Portanto, um ouvinte percebe o eco desde que sua distncia ao obstculo refletor seja superior a 17m no ar. Lembrando que V = 340 m / s para o som na ida e na volta. www.nsaulasparticulares.com.br Prof. Nilton Sihel pg. 3 b) Refrao e difrao sonora A refrao do som ocorre quando uma onda sonora produzida em um meio passa para outro meio em que sua velocidade diferente. Nesse caso, a freqncia do som permanece a mesma, modificando-se seu comprimento de onda. A difrao do som permite-lhe contornar obstculos com dimenses de at 20m. Como a velocidade do som no ar, em determinadas condies, v = 340 m / s e o sistema auditivo humano distingue sons de frequencias fmn. = 20 Hz at Fmax. = 20.000 Hz, o comprimento de ondas do som no ar pode variar entre: max. = 17m e min.. = 0,017m = 1,7cm. Na pratica considera-se essa variao entre 2cm e 20m. c) Interferncia sonora A interferncia do som pode ocorrer quando um ponto do meio recebe dois ou mais sons originados por varias fontes ou por reflexes em obstculos. Um caso importante de interferncia sonora o denominado batimento, que ocorre quando h interferncia de ondas sonoras de freqncias ligeiramente diferentes. A intensidade varia de um som forte, que se ouve em dado instante, para um silencio quase total; a seguir novamente o som forte, e assim por diante. Cordas Vibrantes. Ressonncia: Considere a corda de massa m (em kg), comprimento L (em m) e, portanto densidade linear Lm (em kg/m) da figura, fixadas nas extremidades e submetidas fora de trao T (em N). Provocando-se ondas transversais nessa corda, mediante uma percusso, elas se propagam com velocidade:Tv (em m/s) A propagao dessas ondas e sua reflexo nas extremidades determinam a formao de ondas estacionrias, com n nas extremidades. Essas ondas estacionrias provocam no ar regies de compresso e rarefao, isto , originam ondas sonoras. Ondas estacionrias em uma corda vibrante: n = nL2 (n = 1, 2, 3, ...) fn = Lvn2 f1 = Lv2 = comprimento da onda (em m) L = comprimentoda corda (m) n = nmero de ventres f = freqncia (em Hz) v = velocidade da onda (que forma a onda estacionria) (em m/s) O som que corresponde freqncia f1 o som fundamental ou primeiro harmnico, e os sons de freqncia f2, f3, ... so os sons harmnicos do fundamental. Ento f2 o segundo harmnico, f3 o terceiro harmnico, e assim por diante. fonda na corda = f fonte geradora da onda fcorda = fsom (no ar) somsomcordacordavv www.nsaulasparticulares.com.br Prof. Nilton Sihel pg. 4 Ressonncia: Qualquer fonte sonora produz no ar vibraes que estimulam oscilao em corpos situados nas proximidades. Quando a freqncia da fonte coincide com uma freqncia natural de oscilao do corpo a amplitude de oscilao deste atinge valores elevados, pois a fonte progressiva cede energia ao corpo. Esse fenmeno denominado ressonncia. Um exemplo de ressonncia a quebra de uma taa de cristal quando um violino, nas proximidades, tocado com freqncia igual freqncia de oscilao das molculas da taa. Colunas de ar vibrante. Tubos sonoros: Considere uma fonte sonora, por exemplo um diapaso, vibrando sobre a extremidade aberta de um tubo de vidro parcialmente preenchido com gua. As ondas emitidas pelo diapaso propagam-se pelo ar no tubo e interferem com as ondas refletidas na superfcie da gua, originando ondas estacionrias no ar. O tubo ter um n na extremidade fechada e um ventre na extremidade aberta. De fato, na extremidade fechada, as molculas de ar do tubo so impedidas de se movimentarem pela superfcie da gua, enquanto, na extremidade aberta, ela s se movimentam facilmente para o espao aberto. Ento o ar no tubo somente entra em ressonncia para ondas que de encaixam no comprimento L do tubo, com um n na extremidade fechada e um ventre na aberta, como na figura abaixo: Modos naturais de vibrao de uma coluna de ar em um tubo fechado numa extremidade. As regies mais escuras, onde a presso do ar maior, correspondem aos ns. A condio de formao e n na extremidade fechada e de ventre na aberta restringe portanto os possveis comprimentos de onda das ondas estacionria no tubo fechado : i = iL4 (i = 1, 3, 5, 7, ...) A freqncia fundamental f1 corresponde ao comprimento de onda 1 = 4L, em que i = 1. Como: f1 = 1V = LV4 A freqncia harmnica ser portanto: fi = iLV4 ou f1 = i.f1 (i =1, 3, 5, 7, ...) Nesse tubo s podemos estabelecer harmnicos de freqncias mpares da freqncia fundamental, isto , o 3 harmnico f3 = 3f1, o quinto harmnico f5 = 5f1, e assim por diante. www.nsaulasparticulares.com.br Prof. Nilton Sihel pg. 5 Os tubos sonoros abertos tm a extremidade oposta embocadura aberta e as ondas estacionrias apresentam ventres em ambas as extremidades. Em razo de se formatem ventres nas extremidades as ondas que se propagam no tubo tm comprimentos de onda. Portanto os possveis comprimentos de onda so da dos por: n = nL2 (n = 1, 2, 3, ...) Para um harmnico qualquer de ordem n a freqncia ser dada por: fn = n LV2 (n = 1, 2, 3, ...) Efeito Doppler: observador som observadorfonte som fontef v vf v v A altura sonora maior quando a fonte se aproxima do observador e menor quando se afasta. O sinal que precede o Vobservador ou Vfonte definido em relao a um eixo orientado do observador para a fonte: Se fobservador > ffonte o som mais agudo Se fobservador < ffonte o som mais grave Bibliografia: Os Fundamentos da Fsica. Ramalho, Nicolau e Toledo. Vol. 2, Editora Moderna. Modos naturais de vibrao de uma coluna de ar num tubo aberto. A natureza longitudinal sugerida pelas regies mais escuras. Onde a presso do ar maior e formam-se os ns.