Slide 1 - seja bem

Prof. Cesário
1 – ONDAS SONORAS
rarefação
compressão
As vibrações da corda provoca no ar regiões de compressão e rarefação
que caminham afastando da fonte.
São recebidas no conduto auditivo externo e atingem a tímpano (membrana)
que passa a oscilar transmitindo movimento ao osso denominado martelo.
Este bate na bigorna (outro osso) e produz uma corrente elétrica que é
transmitido ao cérebro pelo nervo auditivo provocando desta forma a
sensação da audição.
O sonar é dispositivo que produz ondas sonoras
que se propagam na água para pesquisar
profundidade do mar ou verificar existência de
submarino inimigo.
Em filmes antigos de faroeste, era comum ver
índios e bandidos encostarem o ouvido nos
trilhos para verificarem se a composição
ferroviária já estava chegando ou no solo
para ouvir o batido das patas dos cavalos das
cavalarias.
O som na sala de aula se propaga através
do ar.
O som é uma onda material, longitudinal,
que se propaga em sólidos, líquidos e
gases.
2 - QUALIDADES FISIOLÓGICAS DO SOM
Sons com freqüências entre 20 Hz e 20000 Hz são perceptíveis pelo ouvido humano.
Sons de freqüências abaixo do 20 Hz são denominados infra-sons e com freqüências
acima de 20000 Hz são denominados ultra-som.
Os sons são distinguíveis por três elementos conhecidos como
qualidades fisiológicas do som. São elas:
(I) – TIMBRE – qualidade que permite distinguir a fonte do som.
É o timbre que permite distinguir de quem é uma voz quando um conhecido
liga para seu telefone (sem bina).
O timbre está relacionado à forma da onda.
(II) - ÁLTURA
A altura está relacionada à freqüência em que foi produzido o som.
Um som é dito:
mais alto (ou agudo) que outro se sua freqüência for maior que a do outro,
mais baixo (ou grave) que outro se sua freqüência for menor que a do outro.
Comparando:
Som baixo(grave)
Som alto (agudo)
Voz do homem
Voz de mulher
Tenor
Soprano
Violoncelo
violino
(III) - INTENSIDADE
A intensidade do som é a medida da energia (potência) por unidade
de área, que chega ao receptor. Ela é avaliada em W/m2 (watt/m2).
A energia, tanto emitida, quanto recebida, depende da amplitude
da onda.
Tomando, por exemplo, um alto falante, com potência 500 W e supondo
que o mesmo emita o som em todas as direções e sentidos, a 10 m de
distância, este som estaria distribuído pela superfície de uma esfera de
10 m de raio.
Área de distribuição do som:
A = 4.r2 = 4.3,14.102 = 12,56 x 102 m2.
Intensidade do som a 10 m de distância
I = P/A = 500/12,56 x 102 = 0,398 W/m2.
A intensidade varia com o inverso do quadrado da distância. Se a distância
varia de 10 m para10 cm, (distância dividida por 100), a intensidade fica
multiplicada por 1002 = 104.
Dificilmente teríamos um aparelho que, se marcasse 1 unidade, marque
104 = 10.000 unidades.
Assim, para a medida da intensidade usa-se o NÍVEL SONORO.
Define-se o nível sonoro  por:
 = 10.log I
I0
A unidade é denominada decibel (dB)
e I0 = 10-12 w/m2 é o limiar (mínimo) da audição.
Ex. A intensidade sonora em uma danceteria é da ordem de 106 W/m2.
O nível sonoro nessa danceteria é:
6
 = 10.log 10-12 = 10.log1018 = 10.18 = 180 db.
10
A exposição durante algum tempo à nível sonoro superior a 45 dB pode
provocar diversos sintomas no organismo humano.
Sons com alta intensidade são desagradáveis ao ouvido.
Para intensidades acima de 130 dB produzem sensações dolorosas e
se superior a 160 dB pode romper o tímpano.
As unidades bel e decibel foram escolhidas em homenagem
Ao cientista norte-americano Alexandre Graham Bell que
estudou as propriedades do som e que foi o inventor do
telefone.
4 – FENÔMENOS SONOROS
Como toda onda, com o som acontece:
4.1 – O som tem uma velocidade de propagação.
No ar, a 20º C, o som se propaga com velocidade 340 m/s.
Na água, a velocidade é cerca de 1400 m/s e
em uma barra de ferro a velocidade atinge cerca de 5200 m/s.
4.2 – O som reflete quando atinge obstáculos.
O eco é uma reflexão do som.
Como o ouvido humano só pode distinguir dois sons se os mesmos o atingirem
Com intervalo superior a 0,1 s, para perceber o eco, o obstáculo deve estar a
uma distância superior a 17 m.
Assim, o som percorrerá 2 x 17 m = 34 m = 340 m/s x 0,1 s. (x = vt)
4.3 – A reverberação
Em ambientes fechado o som reflete nas paredes e atinge os ouvintes
Com intervalos de tempo inferior a 0,1 s. Por esse motivo, o som parece
ter continuidade, perceptível, principalmente no fonema final.
Esta continuidade do som é denominada reverberação.
Não confundir com o eco. No eco, o som é percebido como uma repetição.
4.4 - Refração
É a passagem do som de um meio para outro.
Como exemplo, o som produzido em uma barra de ferro pode ser percebida
através do ar.
4.5 - Difração
O onda sonora se encurva ao atingir as bordas de obstáculos.
Uma pessoa fora da sala e bem afastada da porta, pode ser ouvida
Por outra pessoa dentro da sala.
A difração permite a comunicação
mesmo que os dois não estejam
frente a frente.
4 - Interferência
O cruzamento de dois sons provoca regiões de sons fortes e regiões de
anulação.
Reveja a aula sobre interferência. O que foi exposto naquela aula é
válido para as ondas sonoras.
5 - Ressonância
Todo corpo tem um freqüência própria de vibração.
Quando se produz um som com tal freqüência, o corpo passa a oscilar.
Um leve brisa produzindo um som com a freqüência
de vibração da ponte São Francisco (EUA) fez com
que a ponte entrasse em vibração. Como a onda
sonora foi constante a amplitude foi aumentando até
que a ponte quebrou.
Se as ondas sonoras do jato em rasante atingirem
continuamente os vidros de uma residência pode
ocorrer quebra do vidro. O vidro entra em ressonância
(vibra). Se a onda for continuada, a amplitude do
movimento do vidro aumenta.
7 – Efeito Doppler
A freqüência do som recebido por um observador quando a fonte e/ou o
observador estão em movimento é diferente da freqüência emitida pela
fonte. Este fenômeno é conhecido como efeito Doppler.
x
B
C
’

A
Supondo que o observador estivesse parado em A, ele receberia cada onda
separada por um comprimento de onda ().
Se o observador deslocar em direção à fonte ele receberá a próxima onda em
“C”. A onda terá percorrido a distância x durante o tempo “t”, que para o observador
é o período da onda. Como ele percebe uma onda em A e a seguinte em C,
AC será o comprimento da onda para o observador.
Tem-se então:
1 vs + vo
1
vsT
’ =  - x vot = vsT - vst t = vs + vo f’ = t = T . vs
v + vo
f’ = f. s
vs
Pode-se analisar outras situações: observador se afastando, fonte em movimento, etc.
Adotando certas convenções pode-se escrever, qualquer que seja a situação,
a seguinte relação:
f’ = f.
vs + vo
vs + vf
Para o observador: quando o observador
(i) se move em direção à fonte, + vo
(ii) se move afastando da fonte, - vo
Para a fonte: quando a fonte
(i) se move em direção ao observador, -vf
(ii) se move afastando do observador, + vf.
Deve-se observar que:
(i) a tentativa de aproximação aumenta a freqüência. Isto implica em
aumentar o numerador ou diminuir o denominador.
(ii) A tentativa de afastamento diminui a freqüência. Isto implica em
diminuir o numerador ou aumentar o denominador.
EXERCÍCIOS
1 - Quando uma corda de violão é colocada em vibração, gera no ar em sua volta
uma onda sonora que caminha com velocidade média de 340 m/s. Se uma corda
vibrar com freqüência de 510 Hz, qual será o comprimento da onda sonora que se
propagará no ar?
2 - O eco de um grito é ouvido por uma pessoa 5 s após ela ter gritado.
A velocidade do som no ar é de aproximadamente 340 m/s. Calcule a distância
que se encontra da pessoa a superfície onde o som foi refletido.
3 - Ao mexermos no botão de "volume" do rádio, estamos:
a) variando a altura do som;
b) variando a intensidade do som;
c) variando a freqüência do som;
d) variando a velocidade do som.
4 – Um navio emite um sinal usando um sonar para verificar a existência de
submarinos na região. Se o eco é percebido 0,5 segundos e o som na água
se propaga a 1400 m/s, a que distância ou profundidade está o submarino inimigo?
5 – Uma das turmas do curso de Mecânica conversa tanto que a intensidade do
Som na sala costuma atingir 10-1 W/m2. Calcule o nível sonoro na sala de aula e
Informe se pode ou não ser considerado poluição sonora.
6 – Uma ambulância move-se em sentido contrário a um automóvel com velocidade
de 108 km/h, um em direção ao outro. A sirene da ambulância emite um som
correspondente à nota si - bemol cuja freqüência é 24/25 da freqüência da nota
Si4 (Si da quarta escala) que é 492,88 Hz.
Se o automóvel tem velocidade de 72 km/h, qual será a freqüência do som
percebido pelo condutor do automóvel?
7 – Supondo que um alto-falante emita som de modo que 80% da
intensidade seja dirigida ao longo de uma região cônica, conforme indicado
na figura. Sendo 800 W a potência do alto-falante, determine:
(a) a intensidade do som a 10 m de distância
(b) o nível sonoro a 10 m de distância. (Log 1,6 = 0,20)
Área = 4 m2
Notas musicais e suas frequências
Escala musical
PARA SEU CONHECIMENTO
A cada conjunto de notas de Dó a Dó é denominada uma oitava.
Em geral se toma como base o La3 (Lá da 3ª escala) cuja freqüência é 435 Hz.
O intervalo é a razão entre as freqüência. (I = f2/f1)
Se o intervalo entre o Mi e o Fá é 16/15, isto significa que a freqüência do Fá é
16/15 da freqüência do Mi.
Entre as notas Do e Ré, Ré e Mi, Fá e Sol, Sol e Lá, Lá e Si são considerados
os meios tons (ou semi-tons) denominados sustenidos e bemóis.
A freqüência do semi-tom, quando sobre na escala é 25/24 da freqüência da
Nota anterior. Nesse caso o semi-tom leva o nome da nota acompanhado do
termo sustenido (#).
Descendo a escala, a freqüência do meio tom é 24/25 da nota anterior. O meio
tom recebe o nome da nota anterior acrescido do termo bemol (b).