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

5

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