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 Se I = 2; dizemos que o intervalo entre os dois sons é uma oitava. 2 Intervalo Acústico Unissono Oitava Razão de frequência 1:1 2:1 Tom maior 10:9 Tom menor 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.