Resumo da unidade SOM E LUZ (8º ano) Produção e transmissão do som 1 - Como se produz o som? O som é produzido pela vibração de materiais sólidos, líquidos e gasosos. Os materiais vibram quando se agitam de um lado para o outro. Os materiais que produzem o som são fontes sonoras ou emissores. 2 - Como se transmite o som? O som transmite-se (propaga-se ou espalha-se) em todas as direções, através de materiais sólidos, líquidos e gasosos, na forma de ondas sonoras. Quando um material vibra, choca com as partículas que estão à sua volta e provoca a sua vibração. Estas partículas aproximam-se e afastam-se umas das outras, transmitindo por contacto (pressão) as vibrações para as outras partículas do material. O som não se transmite no vazio (vácuo), porque não existem partículas para transmitir as vibrações. Não há som na Lua e no espaço vazio entre os planetas e as estrelas, porque não existe uma atmosfera com gases para transmitir as vibrações. 3 - Como se deteta o som? O som deteta-se através de instrumentos (por ex., microfone, sonómetro e sonar), do ouvido e de células sensoriais dos seres vivos. Os materiais que detetam o som são recetores sonoros. Os recetores recebem as vibrações e vibram também. 4 - O que é uma onda sonora? Uma onda sonora é um movimento ondulatório que se transmite através de materiais sólidos, líquidos e gasosos. A onda sonora forma-se devido à vibração das partículas, que provocam alterações da pressão entre elas. Pode dizer-se que é uma onda de pressão. As partículas vibram na mesma direção de propagação da onda sonora. 5 - Quais são as características das ondas sonoras? As características das ondas sonoras são o comprimento de onda, a frequência, o período e a amplitude. O comprimento de onda é a distância entre dois pontos iguais da onda, que formam uma vibração completa (que estão mais próximos). Representa-se por um lambda (λ) e a unidade de medida é o metro. A frequência é o número de vibrações que ocorrem durante um segundo. Representa-se por um " f " e a unidade de medida é o Hertz (Hz). Utilizam-se muito os múltiplos do Hz: kilohertz (kHz) = 103 Hz ou 1.000 Hz; megahertz (MHz) = 106 Hz ou 1.000.000 Hz (um milhão); gigahertz (GHz) = 109 Hz ou 1.000.000.000 Hz (mil milhões) NOTA: o número de zeros para a direita ou para a esquerda é sempre igual ao expoente. O período é o tempo correspondente a uma vibração completa. Representa-se por um " T " e a unidade de medida é o segundo. A amplitude é a distância entre o ponto mais alto ou mais baixo da onda e o ponto intermédio. Representa-se por um " A ". A unidade de medida depende da grandeza física. O osciloscópio é um aparelho eletrónico que serve para ver e medir as características das ondas sonoras (comprimento de onda, frequência e amplitude). Funciona com um microfone que é o recetor do som. O som é transformado num sinal elétrico, que depois se transforma num sinal luminoso visível num ecrã. 6 - Quais são as características do som? As características do som são a altura, a intensidade e o timbre. A altura é a característica que permite distinguir se um som é agudo (alto) ou grave (baixo). Um som agudo possui ondas sonoras com uma frequência maior. Um som grave possui ondas sonoras com uma frequência menor. A intensidade é a característica que permite distinguir se um som é forte (mais intenso) ou fraco (menos intenso). A intensidade do som depende da amplitude de vibração da fonte sonora. Um som forte possui ondas sonoras com maior amplitude e com mais energia. Um som fraco possui ondas sonoras com menor amplitude e com menos energia. A intensidade do som diminui (o som fica mais fraco) à medida que se transmite e à medida que nos vamos afastando da fonte sonora, porque a sua energia é absorvida pelos materiais. Um som forte pode ser ouvido a uma distância maior, porque possui mais energia. Não se deve confundir a intensidade com a altura do som: um som forte pode ser agudo (alto) ou grave (baixo); um som agudo (alto) pode ser forte ou fraco. ........................Altura.......................|.................Intensidade Agudo Grave Forte Fraco Alto Baixo Mais intenso Menos intenso Frequência maior . Frequência menor . Amplitude maior . Amplitude menor Mais energia Menos energia O timbre é a característica que permite distinguir sons diferentes com a mesma altura e intensidade. Por exemplo, a mesma nota musical, produzida por instrumentos diferentes, possui um timbre diferente, porque cada instrumento produz uma mistura de ondas diferente para a mesma nota musical. Os sons que correspondem a uma mistura de ondas com frequências diferentes chamam-se sons complexos. Neste caso, existe uma frequência mínima chamada som fundamental e as outras frequências maiores são os sons harmónicos. Os sons que correspondem a uma onda só com uma frequência chamam-se sons simples (puros). Estes sons são produzidos pelo diapasão e por cristais. 7 - Qual é a velocidade do som? A velocidade do som varia com o tipo de material e com a temperatura. A velocidade é maior nos sólidos e menor nos gases. Existem algumas exceções, como a borracha, em que a velocidade do som é muito pequena, apesar de ser um sólido. A velocidade é maior quando a temperatura aumenta. Isto acontece porque as partículas ficam com mais energia, agitam-se mais e chocam mais facilmente, transmitindo assim as vibrações rapidamente. A velocidade do som no ar a 20 ºC é de 343 m/s. 8 - Como se calcula a distância a que se encontra uma trovoada? A distância a que se encontra uma trovoada calcula-se determinando o tempo entre o relâmpago (faísca) e o trovão (som), e multiplicando este valor pela velocidade do som no ar (343 m/s ou 1235 km/h, a 20 ºC). Pode-se utilizar a seguinte fórmula: d = v x t d = distância (m) v = velocidade (m/s) t = tempo (s) Ex: Sabendo que o som de um trovão demorou 3s para se ouvir, determina a distância a que se encontra a trovoada. d = v x t = 343 x 3 = 1029 m Sabendo que uma trovoada se encontra a 5 km de distância e que o som do trovão demorou 1 min para se ouvir, determina a velocidade do som no ar. Neste caso a velocidade é de 83 m/s, pelo que a temperatura do ar será menor que 20 ºC, porque a velocidade é menor que 343 m/s. 9 - O que acontece quando o som encontra um obstáculo? Quando o som encontra um obstáculo pode ser refletido, absorvido ou refratado. O som é refletido (sofre a reflexão) quando as ondas sonoras encontram um obstáculo e voltam para trás. Se o obstáculo for plano, o som reflete-se de acordo com a lei da reflexão: o ângulo de incidência (ângulo entre a onda sonora e o obstáculo) é igual ao ângulo de reflexão (ângulo entre a onda sonora que volta para trás e o obstáculo). Se o obstáculo for rugoso, ocorre reflexão mas não é de acordo com a lei da reflexão. A reflexão é responsável pelo eco. O eco é um som repetido que se pode ouvir quando o som emitido demora 0,1 s ou mais tempo até chegar ao ouvido (o ouvido só consegue distinguir sons que cheguem com um intervalo de tempo igual ou superior a 0,1 s). Isto acontece quando o obstáculo está pelo menos a 17 m de distância do emissor. Quando a distância é menor não existe eco, porque o som demora menos de 0,1 s até chegar ao ouvido, o qual não consegue distinguir o som refletido do som emitido. Por que é que o obstáculo tem de estar pelo menos a 17 m de distância do emissor? d=vxt d = 343 m/s x 0,1 s d = 34,3 m d = 34 m Como 0,1 s é o tempo mínimo de ida e volta do som, 34 m também é a distância mínima de ida e volta. Assim, o obstáculo tem de estar pelo menos a metade da distância de ida e volta, que é 17 m. O som é absorvido (sofre a absorção) quando a sua energia é transferida para o obstáculo. O som é muito absorvido pelas superfícies macias. Quando o som é muito absorvido, a reflexão e o eco diminuem. A absorção do som é importante quando queremos isolar uma zona, para evitar a entrada ou a saída do som. Neste caso, utilizam-se materiais que são bons isoladores sonoros, porque são sólidos macios que não transmitem facilmente as vibrações (por ex., a lã, algodão, cortiça, esferovite, papel, borracha e tecidos). Os metais, o vidro e o cimento são materiais maus isoladores sonoros, porque são sólidos muito duros que transmitem facilmente as vibrações. A absorção do som também é importante para se evitar a reflexão do som, quando se pretende ouvir com nitidez (por ex., em salas de espetáculos). A reflexão também provoca a reverberação que acontece quando o som é refletido muitas vezes antes de se extinguir por completo. O som desaparece porque a sua intensidade (energia) diminui ao ser absorvido durante a reflexão. A ressonância acontece quando o som provoca a vibração de outro material, que origina um novo som com maior amplitude. A ressonância é importante para aumentar a energia do som (aumentar a amplitude da onda sonora ou amplificar o som), utilizando-se para isso caixas de ressonância nos instrumentos musicais (por ex., caixa da viola, dos violinos e do xilofone) e nas colunas de música. A ressonância é importante nos edifícios e nas pontes, já que começam a oscilar e a ondular, podendo-se partir, devido à ação de um sismo, do vento ou de um exército de soldados a marchar por cima da ponte. Para diminuir o efeito da ressonância sobre um edifício ou uma ponte, pode-se construir amortecedores para interromper as vibrações e placas que se movimentem sem quebrar. 10 - O que é o espectro sonoro? O espectro sonoro é o conjunto de todos os sons: Infrassons; Sons audíveis; Ultrassons. 11 - Quais são as frequências e os comprimentos de onda das ondas sonoras? As ondas sonoras dos infrassons possuem uma frequência inferior a 20 Hz. As ondas sonoras dos sons audíveis possuem uma frequência entre 20 Hz e 20.000 Hz. As ondas sonoras dos ultrassons possuem uma frequência superior a 20.000 Hz. Os infrassons são os sons que possuem uma frequência menor e um comprimento de onda maior. Os ultrassons são os sons que possuem uma frequência maior e um comprimento de onda menor. 12 - Quais são os sons produzidos e detetados pelos seres vivos? O ser humano só consegue detetar os sons audíveis. Alguns animais detetam infrassons (por ex., aranhas e elefantes) e ultrassons (por ex., cães, gatos, moscas, morcegos e golfinhos). O ser humano e muitos animais ouvem mais frequências do que aquelas que produzem: O ser humano ouve sons com frequências entre 20 e 20.000 Hz, mas só produz sons com frequências entre 85 e 1.100 Hz; Os cães e os gatos ouvem ultrassons, mas só produzem sons audíveis. 13 - O que é o nível sonoro? O nível sonoro (nível de intensidade sonora) é o valor da intensidade do som. Mede-se com um sonómetro e a unidade de medida é o decibel (dB). O nível sonoro mínimo de audição (limite mínimo de audibilidade ou limiar de audição) é o valor do nível sonoro abaixo do qual não se consegue ouvir o som. Este valor varia com a frequência, sendo de 0 dB para frequências entre 500 e 1.000 Hz. O nível sonoro máximo de audição (limite máximo de audibilidade, limiar de tolerância auditiva ou limiar da dor) é o valor do nível sonoro acima do qual o som provoca dor e torna-se prejudicial para a saúde. Este valor varia com a frequência, sendo de 120 dB para frequências entre 500 e 1.000 Hz. A variação do limiar da audição e do limiar da dor com a frequência representa-se através de um gráfico chamado audiograma. O limiar de audição e o limiar da dor também variam de pessoa para pessoa. Por exemplo, o limiar da dor diminui quando a idade aumenta, pelo que o som incomoda facilmente as pessoas mais velhas. Exemplos de valores dos níveis sonoros: Conversa - 40 a 60 dB Sala de aula, café e restaurante - 70 dB Automóveis - 80 dB Mota, comboio, secador de cabelo, cantina da escola, leitor de música no máximo - 90 dB Martelo pneumático e serra elétrica - 100 dB Discoteca - 110 dB Concerto de rock e trovão - 120 dB Avião e carro de Fórmula 1 - 130 dB 14 - Quando é que existe poluição sonora? Existe poluição sonora quando o som se torna incomodativo ou prejudicial para as pessoas ou animais, por ser muito intenso e por ter uma longa duração. Estes sons chamam-se ruído (noise em inglês) e podem ter um nível sonoro superior a 50 dB: 50 a 80 dB – nível sonoro incomodativo; 80 aos 100 dB – nível sonoro fatigante; 100 aos 120 dB – nível sonoro perigoso; 120 aos 160 dB - nível sonoro doloroso. Um nível sonoro fatigante torna-se perigoso e doloroso, se ouvirmos esses sons durante mais de 8 horas. 15 - Quais são as consequências da poluição sonora para a saúde humana? As consequências da poluição sonora para a saúde humana podem ser físicas, psíquicas ou sociais: Insónia (dificuldade em dormir); Dores de Cabeça; Stress; Aumento da pressão arterial; Depressão; Cansaço; Perda de audição; Gastrite e úlcera; Agressividade; Quebra de rendimento escolar e no trabalho; Perda de atenção e concentração; Surdez. Perda de memória; 16 - Como se pode evitar a poluição sonora e as suas consequências? A poluição sonora pode ser evitada diminuindo a intensidade do som, produzido por máquinas e por aparelhos de música (ouvir música com o volume baixo ou médio), e falando baixo nos locais fechados. As consequências da poluição sonora podem ser evitadas através de: Medidas de proteção individual dos ouvidos (por ex., o uso de protetores auriculares, tampões, rolhas de algodão, borracha ou plástico, que se introduzem no canal auditivo externo, e de tapa-orelhas, semelhantes a auscultadores, que cobrem toda a orelha); Isolamento sonoro das máquinas e edifícios. 17 - Como é constituído o ouvido humano? O ouvido humano divide-se em três partes: Ouvido externo; Ouvido médio; Ouvido interno. O ouvido externo é constituído pelo pavilhão auricular (orelha) e pelo canal auditivo. O ouvido médio é constituído pelo tímpano, martelo, bigorna e pelo estribo. O ouvido interno é constituído pela janela oval e pela cóclea (caracol). 18 - Como funciona o ouvido humano? O pavilhão auricular capta as ondas sonoras. O canal auditivo encaminha as ondas sonoras até ao tímpano, no ouvido médio. O tímpano é uma membrana esticada, que vibra quando as ondas sonoras a atingem, provocando a vibração do martelo. O martelo, a bigorna e o estribo são ossos muito pequenos (ossículos), que vibram em conjunto e que amplificam as ondas sonoras (aumentam a intensidade ou a amplitude das ondas sonoras). O estribo provoca a vibração da janela oval, no ouvido interno. A janela oval é uma membrana, que vibra juntamente com o estribo, provocando a vibração de um líquido que se encontra no interior da cóclea. A cóclea é um canal em forma de caracol, cheio de um líquido e com células ciliadas nas suas paredes. As células ciliadas possuem pequenos pelos (cílios), que vibram juntamente com o líquido. Cada célula deteta uma vibração diferente, que corresponde a uma onda sonora com uma determinada frequência e amplitude (intensidade). A vibração dos cílios provoca a libertação de substâncias químicas com carga elétrica, originando impulsos elétricos (impulsos nervosos), que são enviados para o cérebro através do nervo auditivo. 19 - Como é que o som chega ao cérebro? O som provoca a vibração de todos os componentes do ouvido, desde o tímpano até aos cílios das células da cóclea. Estas células transformam as vibrações em impulsos elétricos (impulsos nervosos), que são transportados pelo nervo auditivo até ao cérebro.