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Acstica
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Acstica
Acstica o estudo das ondas sonoras; Ondas sonoras so mecnicas, longitudinais e
tridimensionais;
Ondas sonoras no se propagam no vcuo;
P
P
V
Fonte oscilandocom freqncia f
OrelhaTmpano
Nervo
CrebroCompresso Rarefao
Vibrao
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Acstica A Velocidade do Som
As ondas sonoras propagam-se em meios slidos,lquidos e gasosos, com velocidades que dependem dasdiferentes caractersticas dos materiais. De um modo
geral, as velocidades maiores ocorrem nos slidos e asmenores, nos gases. A 20C, o som propaga-se no ferro slido a 5100m/s, na
gua lquida a 1450m/s e no ar a 343m/s.
... GasLqSl VVV ""
o Densidade velocidadeo
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Acstica A Altura do Som
qualidade que permite diferenciar um som de altafreqncia (agudo) de um som de baixa freqncia(grave). A altura do som depende apenas da
freqncia.
Som alto - Freqncia maior - som agudoSom baixo - Freqncia menor - som grave
As notas musicais possuem alturas sonorasdiferentes, isto , cada nota possui uma freqnciacaracterstica.
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Acstica A Intensidade do Som
qualidade que permite diferenciar um som forte deum som fraco. A intensidade do som est relacionadacom energia que a onda transfere e com a amplitudeda onda.
Um som demaior volume
Uma onda sonora demaior amplitude.
Maior transporte deenergia pela onda
Somdemaiorintensidade
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Intensidade do Som
Intensidade fsica:
Unidade no SI:
smJ2 2m
W
tA
EI
(! PotnciaP
t
E!!
( AP
I !
A = rea
E = Energia
(t = tempo
Pconstante
Aq Io
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Intensidade do Som
Mnima intensidade fsica ou limiar de audibilidade(Io): o menor valor da intensidade fsica ainda audvel,vale:
2
12
m
W10
!o
I
Mxima intensidade fsica ou limiar de dor (Imx): o maior valor da intensidade fsica suportvel pelo
ouvido, vale:
2mW
1!mxI
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Intensidade do Som
Intensidadeauditiva ou nvelsonoro (F ):
oIIlog10!F A unidade de nvel sonoro, para aequao dada, o decibel (dB).
dBmWIdBmWI
MxMx
oo
1201010
2
212
!!!!
FF
Um ambiente com:
40dB calmo;
60dB barulhento
mais de 80dB jconstitui poluio sonora.
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Acstica O Timbre do Som
Qualidade que permite diferenciar duas ondas sonorasde mesma altura e mesma intensidade, emitidos porfontes distintas.
O timbre est relacionado forma da onda emitida peloinstrumento.
Diapaso
Flauta
Violino
Voz (letra a)
Clarineta
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Reflexo do Som
Persistncia acstica : menor intervalo de tempo paraque dois sons no se separem no crebro. A persistnciaacstica do ouvido humano de 0,1s.
Um ouvinte consegue distinguir dois sons distintos desdeque os receba em intervalos de tempo maiores (ouiguais) a 0,1s.
Esse fato possibilita ao observador perceber o fenmeno
da reflexo do som em trs nveis: eco, reverberao ereforo.
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Reflexo do Som (t=intervalo de tempo para que o som que foi emitido pelo
observador e refletido seja recebido pelo mesmo.
t$ 0s(t
Eco: ocorre quando (t u 0,1s. O observador ouve separadamente osom direto e o som refletido.
Reverberao: ocorre quando (t < 0,1s. H um prolongamentoda sensao auditiva.
Reforo: ocorre quando (t $ 0s. H somente um aumento daintensidade sonora.
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Freqncias Naturais e Ressonncia
Batendo-se numa das hastes do diapaso, as duas vibramcom determinada freqncia (normalmente, 440Hz). Essa a freqncia natural (ou prpria) do diapaso.
diapaso
Todos os corpos possuem uma freqncia prpria(prdio, ponte, copo, etc.).
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Exemplo de Ressonncia
A ponte de Tacoma Narrows entrou em ressonncia, provocada pelavibrao dos cabos metlicos existentes em sua estrutura. Suasamplitudes de oscilao aumentaram a ponto de provocar sua runa
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Cordas Vibrantes
Quando uma corda, tensa e fixa nas extremidades, posta a vibrar, originam-se ondas transversais que sepropagam ao longo do seu comprimento, refletem-se nasextremidades e, por interferncia, ocasionam a formaode ondas estacionrias.
A corda, vibrando estacionariamente, transfere energiaao ar em sua volta, dando origem s ondas sonoras quese propagam no ar. A freqncia dessa onda igual
freqncia de vibrao da corda. Assim, uma cordavibrante (ou corda sonora) uma fonte sonora.
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Corda Vibrante
nL
n
!2
P
L
Vnf
Vf
n
!
!
2
P
1fnfn !
n= 1; 2; 3.... representao nmero do harmnico;
V= velocidade da onda nacorda;
P= comprimento de ondada onda na corda;
L 12
21
1
1
L
L
!
!
P
P
1o harmnico
L 22
22
2
2
L
L
!
!
P
P
2o harmnico
L 32
23
3
3
L
L
!
!
P
P
3o harmnico
f= freqncia de vibraoda corda = freqncia daonda sonora produzida pelamesma.
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Exemplos de Cordas Vibrantes
Na harpa todas as cordas so da mesma espessura, maspossuem tamanhos diferentes para possibilitar sonsdiferentes (mesma Trao mesmaV ; L o f q).
No violo todas as cordas so de mesmo tamanho, maspossuem espessuras diferentes para possibilitar sonsdiferentes (mesmo L corda fina V o f o).
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Tubos Sonoros
Se uma fonte sonora for colocada na extremidade abertade um tubo, as ondas sonoras emitidas iro superpor-ses que se refletirem nas paredes do tubo, produzindoondas estacionrias com determinadas freqncias.
Uma extremidade aberta sempre corresponde a umventre (interferncia construtiva) e a fechada, a um n(interferncia destrutiva).
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Exemplos de Tubos Abertos No trompete e no berrante o som produzido pelos lbios do
executante; Nos instrumentos de madeira, com o obo, o som produzido
pela palheta; Na flauta transversal e nos tubos de rgo o som produzido
por uma aresta em forma de cunha que intercepta o sopro.
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Tubos Sonoros Tubo Fechado
nLn ! 4P
L
Vnf
Vf
n
!
!
4
P
1fnfn !
n=1 ; 3 ; 5 ... representa o nmerodo harmnico.
L P1/4
14
41
1
1
L
L
!
!
P
P
L
P3/4
P3/4
34
43
3
3
L
L
!
!
P
P
P3/4 L
P5/4
P5/4
P5/4
54
45
5
5
L
L
!
!
P
P
P5/4
P5/4
No tubo fechado,obtm-se freqnciasnaturais apenas dosharmnicos mpares.
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Exemplo de Tubos Fechados
A freqncia do som emitido por um tubo sonoro depende docomprimento do tubo
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Efeito Doppler
O efeito Doppler, para ondas sonoras, constitui ofenmeno pelo qual um observador percebe umafreqncia diferente daquela emitida por uma fonte,devido ao movimento relativo entre eles (observador efonte).
o que acontece quando uma ambulncia, com suasirene ligada, passa por um observador (parado ouno). Enquanto a ambulncia se aproxima, a
freqncia por ele percebida maior que a real (maisaguda); mas, medida que ela se afasta, a freqnciapercebida menor (mais grave).
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Observador em Repouso e fonte em movimento
Fonte aproxima-se do observador O1: haver um encurtamentoaparente do comprimento de onda P1, em relao ao P normal. Afreqncia percebida pelo observador ser maior que a freqnciareal da fonte.
Fonte afasta-se do observador O2, haver um alongamento aparente
do comprimento de ondaP
2, em relao aoP
normal. A freqnciapercebida pelo observador ser menor que a freqncia real dafonte.
O1O2
V
F
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Observador em Repouso e fonte em movimento
Para o observador O1, que se aproxima de F, haver um maiornmero de encontros com as frentes de onda, do que seestivesse parado. A freqncia por ele percebida ser maiorque a normal.
Para o observador O2, que se afasta de F, haver um menor
nmero de encontros com as frentes de onda, do que seestivesse parado. A freqncia por ele percebida ser menorque a normal.
O1 O2
V V
F
V=0
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Efeito Doppler - Concluso
Movimento de aproximao entre fonte e observador:
Movimento de afastamento entre fonte e observador:
EMITIDARECEBIDA ff "
EMITIDARECEBIDA ff
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Exerccios
2. (PUC-RS) Quanto a sua natureza e forma depropagao, as ondas podem ser classificadas emeletromagnticas ou mecnicas, de longitudinais outransversais. Uma das evidncias que as ondas sonoras
so longitudinais que elas no sofrem:
a) reflexo.b) refrao.
c) interferncia.d) polarizao.e) difrao.
AlternativaD
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Exerccios
3. (Unirio) Dois operrios, A e B, esto parados no ptiode uma fbrica. Em certo instante, a sirene toca. Ooperrio B ouve o som da sirene 1,5 s aps o operrio At-lo ouvido. Considerando a velocidade do som
constante e de mdulo 340 m/s, a distncia, em metros,entre os dois operrios :
A B
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Soluo - 3
A B
VSom
(tSom
!!
!(
?
340
5,1
dsmV
st
Dados Som
Som
d
md
d
t
dV
SomSom
5105,1
340
!
!
(
!
Alternativa C
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Exerccios
4. (FEI-SP) Quando uma onda sonora atinge uma regioem que a temperatura do ar diferente altera-se:
a) a freqncia.
b) o comprimento de onda.c) o timbre.d) a intensidade do som.e) a altura do som.
AlternativaB
f constanteTemperatura varia
Densidade varia
V e P variam
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Exerccios
6. (Fatec-SP) Quando uma onda sonora peridica sepropaga do ar para a gua:
a) o comprimento de onda aumenta.
b) o comprimento de onda diminui.c) a freqncia diminui.d) a velocidade diminui.e) nda.
AlternativaA
f constante
Densidade aumenta
V e P aumentam
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Exerccios 7. Uma pessoa em P
1emite um som que alcana o
ouvido de outra pessoa, situada em P2, no fundo domar. Qual dos caminhos mostrados na figura desteproblema poderia representar a trajetria seguida pelaonda sonora de P1 at P2?
a) P1AP2.b) P1BP2.c) P1CP2.d) P1DP2.
e) P1EP2.
AlternativaD
f constanteDensidade aumenta
V e P aumentam
ngulo aumentaAfasta da normal
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Exerccios
8. (Fafeod-MG) Uma pessoa, a 680m de distncia deum obstculo refletor, d um grito e ouve o eco de suavoz. A velocidade do som no ar de 340m/s. O tempogasto entre a emisso do som e o momento em que apessoa ouve o eco, em segundos, igual a:
a) um valor que no pode ser calculado com os dadosfornecidos.
b) 1c) 2
d) 4e) 8
AlternativaD
Distncia percorrida pelo som d= 2v680= 1360m
Velocidade do som = 340m/s
sttt
dV 4
340
1360!(!(
(!
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Exerccios
9. (UFU-MG) Um estudante de Fsica se encontra a umacerta distncia de uma parede, de onde ouve o eco desuas palmas. Desejando calcular a que distncia seencontra da parede, ele ajusta o ritmo de suas palmas
at deixar de ouvir o eco, pois este chega ao mesmotempo que ele bate as mos. Se o ritmo das palmas de 30 palmas por minuto e a velocidade do som deaproximadamente 330m/s, a sua distncia da parede de:
Freqncia das palmas f=30 palmas/minVelocidade do som = 330m/s
Intervalo de tempo entres as palmas (T) = tempo de eco ((t)
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Exerccios Soluo 9
Freqncia das palmas f=30 palmas/minVelocidade do som = 330m/s
Intervalo de tempo entres as palmas (T) = tempo de eco ((t)
md
dtd
V
sttttT
sTf
T
spalmasfs
palmaspalmasf
IDA
IDAVOLTAIDA
330
1330
1
221
1121
6030
min130
!
!!
!!(!
!!!
!!!
Alternativa C
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Exerccios
15. (FEI-SP) Um jornal publicou, recentemente, umartigo sobre o rudo e sua influncia na vida dos seresvivos. Esse artigo comentava, por exemplo, que, se umavaca ficasse passeando pela Avenida Paulista duranteum certo tempo, ela no daria mais leite, e uma galinha
deixaria de botar ovos. Considerando Io=1012W/m2,num local onde o rudo atinge 80dB, a intensidadesonora, em W/m2, :
24128812
1212
1010101010
810
log10
log1080log10
mWIII
IIIIo
!!!
!!!F
AlternativaA
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Exerccios (PUC-MG) A figura ao lado mostra uma corda vibrando no
estado estacionrio. A afirmativa incorreta :a) O comprimento de onda 120 cm.b) A corda vibra no terceiro harmnico.c) A distncia entre um ventre e um n consecutivo 30cm.d) O ponto P da corda vibra em movimento harmnico
simples.e) Se a velocidade de propagao vale 7,2m/s, a freqncia
de vibrao vale 8,64Hz.
1,80mP
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Exerccios Pela figura temos: L=1,80m (comprimento da corda) n=3 (Terceiro harmnico)
1,80m
P
mnL
n 2,138,122
33 !
!
! PPP 0,60m
0,3m
n
ventre
HzffL
Vnfn 68,12
2,73
2 33!
!
! AlternativaE
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Exerccios (FuvestSP) Um msico sopra a extremidade aberta de um
tubo de 25cm de comprimento, fechado na outraextremidade, emitindo um som na freqncia f =1700Hz. Avelocidade do som no ar, nas condies do experimento, V=340m/s . Dos diagramas abaixo, aquele que melhorrepresenta a amplitude de deslocamento da onda sonora
estacionria, excitada no tubo pelo sopro do msico, :
a) b) c) d) e)
25cm
20cm
15cm
10cm
0cm
5cm
AlternativaE
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Exerccios (U. Amazonas-AM) Para medir a freqncia de uma onda
sonora, utiliza-se um tubo de seco reta circular,provido de um mbolo, contendo partculas leves queacompanham as vibraes da onda, indicando aformao de ventres e ns. A figura abaixo mostra a
situao em que a posio do mbolo permite aformao de ondas estacionrias no interior do tubo.Considerando a velocidade do som no ar, dentro dotubo, 340m/s e o comprimento efetivo do tubo 60cm, afreqncia do som, em Hz, :
Alto-falante
mbolo
60cm
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Soluo Pela figura: terceiro harmnico V=340m/s L = 60cm = 0,6m
Alto-falante
mbolo
60cm
Terceiro Harmnico
HzffL
Vnfn 4256,04
3403
4 33!
!
!
Alternativa C
Recommended