11.Aula acustica

Colégio Santa Sofia

Disciplina: Física II

Ondas sonoras

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.

As ondas sonoras

• O som pode se propagar em líquidos,

sólidos e gases;

• Vsólidos > Vlíquidos > Vgases

• Meios

menos densos mais densos

As ondas sonoras

• Os seres humanos não são capazes de

captar qualquer onda sonora, somos

capazes de interpretar sons entre 20 Hz e

20.000 Hz;

• Infrassom: frequências abaixo de 20 Hz

(graves);

• Ultrassom: frequências acima de

20.000Hz (agudos).

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}

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

ALTURA DO SOM

20 Hz 20 kHz

Som Audível

Infra – Som Ultra – Som

Altura Som Audível Alto: Baixo: AGUDO GRAVE (Alta freqüência) (baixa freqüência)

INTERVALO ACÚSTICO

• O Intervalo entre dois sons é a razão entre as

freqüências destes sons.

2 1

f

f

Intervalo Acústico _frequênciaRazão de Uníssono 1:1 Oitava 2:1 Quinta 3:2 Quarta 4:3 Terça maior 5:4 Terça menor 6:5 Sexta maior 5:3 Sexta menor 8:5 Tom maior (M) 9:8 Tom menor (m) 10:9 Semitom (s) 16:15

Na música é dada uma nomenclatura para cada intervalo:

As notas musicais de mesmo nome são separadas por um intervalo de uma oitava (2:1)

Um exemplo de intervalo acústico é a escala musical natural, onde um de seus intervalos mais importante é a oitava, onde i = 2, ou seja, a freqüência de nota mais aguda é o dobro da freqüência da nota mais grave, um exemplo disso é que dois dós consecutivos no teclado estão no meio de uma oitava.

ESCALAS MUSICAIS

• Seqüência de notas musicais dispostas em

ordem crescente de freqüências.

• GAMA: Conjunto de notas dentro de 1 oitava.

OBSERVAÇÃO IMPORTANTE!

 Duas Notas musicais iguais possuem

mesma freqüência, ou seja, mesma altura.

INTENSIDADE SONORA

• É a quantidade de energia sonora que

atravessa a unidade de área de uma superfície disposta perpendicularmente à direção de

propagação, na unidade de tempo.

Δt.a

ΔE



I

INTENSIDADE SONORA

a

Pot

I



Área atravessada pelo som (m2)

10-12 1 I (W/m2)

SILENCIO

ABSOLUTO SOM FISIOLÓGICO POLUIÇÃO _SONORA

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

.

DEFINIÇÃO MATEMÁTICA:

Io

I

10.log

β



ABSOLUTO SOM _FISIOLÓGICO POLUIÇÃO _SONORA

TIMBRE

• Está relacionado à forma da onda.

• Permite distinguir dois sons de mesma altura

e mesma intensidade, emitidos por fontes distintas (uma mesma nota musical produz sensações diferentes quando emitida por um violino e por um piano).

• Num festival de rock, os ouvintes

próximos às caixas de som recebiam uma

intensidade física sonora de 10 w/m².

sendo 10-¹² w/m² a menor intensidade

física sonora audível, determine o nível

sonoro do som ouvido por eles.

• Uma janela de 1 m² de área abre-se para

uma rua onde o ruído produz um nível

sonoro, na janela, de 60 dB. Determine a

potência que entra na janela por meio das

ondas sonoras. Considere Io = 10-¹² w/m²

a menor intensidade física sonora audível.

PROPRIEDADES DAS ONDAS

SONORAS

REFLEXÃO DO SOM

• Quando as ondas sonoras atingem um

obstáculo fixo, como uma parede, elas sofrem reflexão com inversão de fase.

• Pode dar origem ao reforço, à reverberação ou

REFLEXÃO DO SOM

• Reforço: se o obstáculo que reflete o som estiver muito perto, o som direto e o som refletido chegam praticamente no mesmo instante. O ouvinte terá a sensação de um som mais forte. Tempo tende a 0.

REFLEXÃO DO SOM

• Reverberação: quando o obstáculo refletor está mais afastado, de modo que o intervalo entre a percepção do som direto e do som refletido é menor que 0,1s, mas não é

desprezível. Nesse caso o som refletido chega ao sistema auditivo, enquanto a sensação do som direto ainda não se extinguiu.

REFLEXÃO DO SOM

• Eco: ocorre quando a pessoa percebe o som por ela emitido duas vezes distintas, ou seja, o ouvinte recebe o som refletido quando o som direto já se extinguiu. Para que ocorra eco, precisamos de uma distância maior que 17 m da fonte ao obstáculo refletor para o som no ar com velocidade de 340 m/s. Tempo maior que 0,1s

REFRAÇÃO DO SOM

• A refração do som ocorre quando uma onda

sonora produzida em um meio passa para

outro meio em que sua velocidade é diferente. Nesse caso, a frequência do som permanece a mesma, modificando-se seu comprimento de onda

DIFRAÇÃO DO SOM

• A difração do som permite-lhe contornar obstáculos com

dimensões de até 20m. Como a velocidade do som no ar, em determinadas condições, é v = 340m/s e o sistema auditivo

humano distingue sons de frequências Fmin = 20 Hz até Fmax = 20.000Hz, o comprimento de onda do som no ar pode variar

entre:

λmax = V/Fmin λmin = V/Fmax λmax = 340/20 λmin = 340/20KHz λmax = 17m λmin = 0,017m

DIFRAÇÃO DO SOM

• Na prática considera-se essa variação entre 2cm e 20m.

Portanto a difração das ondas sonoras audíveis no ar é bem perceptível quando os obstáculos a serem

INTERFERÊNCIA SONORA

• A interferência do som pode ocorrer quando um

ponto do meio recebe dois ou mais sons originados por várias fontes ou por reflexões em obstáculos.

INTERFERÊNCIA SONORA

• Um caso importante de interferência sonora é denominado BATIMENTO, que ocorre quando há interferência de ondas de frequências ligeiramente diferentes. A intensidade varia de um som forte, que se ouve em um dado instante, para um silêncio quase total; a seguir novamente o som forte, e assim por diante.

• Os sons fortes acontecem quando as ondas interferem construtivamente,

Aplicação 07

• É necessário que o som no ar, onde sua

velocidade é 340 m/s, percorra uma

distância superior a 34m para que exista o

efeito de eco. A velocidade do som na

água é de aproximadamente 1600m/s.

calcule a partir de que distância, de um

mergulhador deve estar um obstáculo

para que ele perceba o eco de um som

produzido por si mesmo.

Cordas Vibrantes

As cordas vibrantes são fios flexíveis e tracionados nos

seus extremos. São utilizados nos instrumentos

musicais de corda como a guitarra, o violino, o violão e

o piano.

Velocidade e tração na corda

T = tensão, =densidade linear



T

FONTES DE ONDAS SONORAS

• Cordas Sonoras

Harmônicos nas cordas

Primeiro Harmônico ou

Freqüência Fundamental formam-se, na corda, um fuso com 2 nós.

l l    2 2 1 1





Segundo Harmônico formam-se, na corda, dois fusos com 3 nós.

2 2 2 2 l l       l v f l v f v f         2 2 2 2 2 2 2 2 _

Terceiro Harmônico forma-se, na corda, três fusos com 4 nós.

3

2

2

3

l

l















l

v

n

f

_n







2

f

n



n

. f

1

FONTES DE ONDAS SONORAS

• Tubos Sonoros Abertos

1º HARMÔNICO Som fundamental

FONTES DE ONDAS SONORAS

• Tubos Sonoros fechados

1º HARMÔNICO Som fundamental

Tubos Abertos

3 2 2 3 3 3 l l       l v f v f      2 3 3 3 3 _ 4 2 2 4 4 4 l l       l v f v f      2 4 4 4 4 _

Tubos Abertos

Tubos Abertos para harmônico n

n

l

n

l









2



2





l

v

n

f

v

f

_n

n

n











2



Tubos fechados para harmônico n

Sendo n um número ímpar

n

l

n

l



4











4



l

v

n

f

v

f

_n

n

n

_









4



EFEITO DOPPLER

• É o fenômeno pelo qual um observador percebe

uma freqüência diferente daquela emitida por uma fonte, devido ao movimento relativo entre eles.

Aproximação _{Som percebido é mais alto.}