Ondas sonoras

ACÚSTICA
Ondas sonoras
(Capítulo 19)
Prof. Diones Charles
Física 2
INTRODUÇÃO
• É o segmento da Física que interpreta o
comportamento das ondas sonoras audíveis
frente aos diversos fenômenos ondulatórios.
ONDA SONORA: Onda mecânica, longitudinal
e tridimensional.
VELOCIDADE DO SOM
• A velocidade do som depende das condições
do meio em que ele se propaga.
Aviões supersônicos:
possuem velocidade maior
que o som no ar.
Meio
Temperatura V (m/s)
Ar
20º C
340
Água
0º C
1500
Ferro
0º C
4480
FISIOLOGIA DA AUDIÇÃO
Ouvido externo:
capta o som.
Tímpano leva o
som para o ouvido
médio (martelo,
bigorna e estribo)
Quando o som chega no ouvido
interno ele é amplificado de 30 a 60
vezes pela janela oval no inicio do
labirinto e caracol.
No ouvido interno estão as
terminações nervosas que se
comunicam com o cérebro) .
ALTURA DO SOM
• Qualidade que permite diferenciar som grave
e som agudo.
• A altura de um som depende apenas de sua
frequência.
ALTURA DO SOM
Infra – Som
Som Audível
20 Hz
Ultra – Som
20 kHz
Alto: AGUDO (Alta frequência)
Som
Audível
Baixo:GRAVE (baixa frequência)
Altura
INTERVALO ACÚSTICO
• O Intervalo entre dois sons é a razão entre as
frequências destes sons.
f
I 
f
1
2
Se I = 2; dizemos que o intervalo
entre os dois sons é uma oitava.
Intervalo Acústico
Uníssono
Razão de frequência
1:1
Oitava
2:1
Tom maior
9:8
Tom menor
10:9
Semitom
16:15
INTENSIDADE SONORA
ΔE
P
Δt
P
I
A
DEFINIÇÃO:
• É a quantidade de energia sonora que atravessa a unidade
área de uma superfície disposta perpendicularmente à
direção de propagação, na unidade de tempo.
• A unidade de potência no SI é watt (W);
• A unidade de intensidade é w/m².
INTENSIDADE SONORA
Pot
I
a
SILENCIO
ABSOLUTO
Potência da fonte
(Watts)
Área atravessada pelo
som (m2)
POLUIÇÃO
SONORA
SOM FISIOLÓGICO
10-12
LIMIAR DE AUDIBILIDADE
1
I (W/m2)
INTENSIDADE SONORA
Exemplo:
Uma onda sonora incide continua e perpendicularmente
a uma superfície de área igual a 9,0x10 -2 m², de modo
que, num intervalo de tempo igual a 2 segundos, a
energia incidente na superfície equivale 7,2x10-2 J.
Determine:
a) A potência incidente na superfície;
b) A intensidade da onda na superfície.
INTENSIDADE SONORA
SOM FORTE
Intensidade Alta
Onda Sonora com
amplitude Alta
SOM FRACO
Baixa Intensidade
Onda Sonora com
amplitude baixa
NÍVEL SONORO
• É a intensidade sonora percebida ou detectada
pelo sistema auditivo humano.
β  log
DEFINIÇÃO MATEMÁTICA:
SILÊNCIO
ABSOLUTO
SOM
FISIOLÓGICO
0
Limiar de audibilidade
I
Io
POLUIÇÃO
SONORA
120
decibel
Limiar de dor
NÍVEL SONORO
β  10.log
I
I0
I0 = 10-12 W/m²
Obs.:
log 10x = x
log (x.y) = log x + log y
log A = x => A = 10x
1 B = 1 bel = 10 decibels = 10dB
NÍVEL SONORO
Exemplos:
1) Sabendo que a menor intensidade sonora audível do ser humano é I0 = 10-12 W/m2,
determine o nível sonoro de:
a) Um som cuja intensidade é I = 10-5 W/m²;
b) I0
2) Calcule o níveo sonoro de um som cuja intensidade é I = 2,0x10-8 W/m², sabendo
que log 2 = 0,3. Expresse o valor em decíbels.
3) Calcule a intensidade sonoro (I) de um som cujo nível sonoro é 90 Db.
TIMBRE
• Está relacionado à forma da onda.
• Permite distinguir dois sons de mesma altura
e mesma intensidade, emitidos por fontes
distintas.
REFLEXÃO DO SOM
• Quando as ondas sonoras atingem um
obstáculo fixo, como uma parede, elas sofrem
reflexão com inversão de fase.
• Persistência auditiva: tempo que leva para
deixarmos de perceber um som (0,1s).
• Eco: ocorre quando a pessoa percebe o som
por ela emitido duas vezes distintas.
FONTES DE ONDAS SONORAS
• Cordas Sonoras
1º HARMÔNICO
Som fundamental
2º HARMÔNICO
3º HARMÔNICO
CORDAS SONORAS
EFEITO DOPPLER
• É o fenômeno pelo qual um observador percebe
uma frequência diferente daquela emitida por
uma fonte, devido ao movimento relativo entre
eles.
Aproximação
Som percebido é mais alto.
Afastamento
Som percebido é mais baixo.
vs  vo
f'  fF 
vs  vf
• f’ é a frequência ouvida pelo observador;
• f é a frequência emitida pela fonte;
• vs é a velocidade do som (340 m/s);
• v0 é a velocidade do observador;
• vF é a velocidade da fonte.
Para utilização dessa fórmula, o sinal positivo ou negativo que procede a velocidade v 0 e
vF deve ser usado de acordo com a seguinte regra: orienta-se um eixo do observador
para a fonte; se o movimento for a favor desse eixo, usa-se o sinal positivo. Se o
movimento for contra esse eixo, usa-se o sinal negativo.