Bebê no útero materno visto com uso de ultra som (som de frequência muito alta)

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1 PRODUÇÃO E PERCEPÇÃO DE SONS Autores: Arjuna C. Panzera Dácio G. Moura Bebê no útero materno visto com uso de ultra som (som de frequência muito alta) Tópico Complementar VII do CBC de Ciências Habilidades Básicas recomendadas no CBC: Identificar a presença de vibração em fenômenos de produção de sons. Utilizar o modelo ondulatório para descrever a propagação de sons. Reconhecer as qualidades dos sons (altura, intensidade e timbre) e associá-las a características do modelo ondulatório (frequência, amplitude e forma de onda). Descrever estruturas e funcionamento do ouvido humano. Discutir o problema de perdas auditivas relacionadas à exposição a ruídos. Organização do texto: Informação História Atividades Projetos I. Introdução Som é uma forma de energia. Um som intenso pode quebrar coisas e danificar nosso ouvido. O som também pode nos dar prazer, como, por exemplo, através de uma música. O som nos permite conversar. Sons de alta frequência (ultra som) nos permite ver bebês antes de nascer, ver o sangue fluindo nas artérias do coração e ver outros órgãos internos do corpo. Neste módulo vamos estudar: Como o som é produzido? Como ele chega até nossa orelha? Como escutamos? E o que diferencia um som de outro?

2 O som é produzido quando alguma coisa vibra. Uma corda de violão ou a membrana de um tambor ao vibrar transmite essa vibração para as partículas de ar ao seu redor. Essas partículas vibrando, transmitem a vibração para as partículas vizinhas e esse efeito se repete fazendo a vibração se propagar (espalhar) através do ar. Quando essa vibração atinge os nossos ouvidos percebemos o som. O som se propaga através da vibração das partículas do ar. Ele também pode se propagar através de líquidos e sólidos por meio da vibração de suas partículas. O som precisa de um meio material para se propagar, ou seja, é preciso que haja partículas que possam vibrar. Astronauta em órbita ao lado de sua nave espacial Um astronauta no espaço pode conversar diretamente com os companheiros que estão na nave espacial? Quais seriam as funções dos cabos que ligam o astronauta à nave? Baleias e golfinhos se comunicam através de som na água Podemos escutar porque a vibração das partículas de ar faz vibrar o tímpano da nossa orelha. A vibração da membrana do tímpano provoca pequenos sinais elétricos que chegam até o cérebro através dos nervos. O cérebro interpreta esses sinais como som. Representação do aparelho auditivo humano

3 II Como os sons são produzidos Podemos produzir som fazendo vibrar uma régua presa em uma extremidade. A régua vibrando, ao subir, faz as partículas de ar se ajuntar (compressão) na parte de cima da régua e faz as moléculas se separarem (rarefação) na parte de baixo da régua. Quando a régua desce ocorre o contrário. Enquanto a régua vibra, as regiões de compressão e rarefação em torno da régua vão se alternando continuamente. Essas regiões de compressão e rarefação vão se espalhando em todas as direções em torno da régua. Essa propagação é semelhante ao que ocorre quando jogamos uma pedra na água parada de um lago. Dizemos que o som se propaga como uma onda. Ondas na superfície da água de um lago ( - 22/10/08) Atividade 1 Objetos vibrando produzem som. a) Prenda uma régua por uma extremidade. Faça a régua vibrar. Observe o som produzido pela vibração. Observe a alteração do som quando você aumenta ou diminui a parte vibrante da régua.

4 b) Coloque gominhas ou enrole um elástico em volta de uma caixa de papelão ou metal. Faça as gominhas vibrarem. Observe o som produzido pela vibração. Observe a alteração do som quando você estica mais e menos a gominha. c) Coloque água em várias garrafas com diferentes níveis. Sopre lateralmente na boca da garrafa para fazer vibrar a coluna de ar que está acima do nível da água. Observe como o som produzido varia de acordo com o tamanho da coluna de ar. (Note que se você bater na garrafa, você provocará vibração da garrafa juntamente com a coluna de água e o som será diferente; você poderá observar também os sons das várias garrafas). d) Prenda, com uma fita adesiva, uma folha de papel fino na frente do autofalante de um aparelho de som. Ligue o som numa música e observe o que ocorre com a folha de papel. Observe as alterações na vibração do papel quando o som varia. Sinais elétricos fazem o cone vibrar, reproduzindo o som. e) Segure um balão cheio de ar na frente da sua boca. Emita um som falando alto e sinta com as mãos a vibração do balão.

5 III O som se propagando O som se propaga como uma onda. Existem vários tipos de ondas que se propagam através da vibração (oscilação) das partículas que constituem o meio material: ondas sonoras, ondas numa corda, ondas numa mola, ondas na superfície da água. Existe outro tipo de onda que se propaga sem a necessidade de meio material. Essas ondas são chamadas de ondas eletromagnéticas. Elas se propagam através do vácuo por meio de variações de campos elétrico e magnético. A luz, os raios X, as ondas de radio e TV, as micro-ondas são exemplos de ondas do tipo eletromagnética. Representação de ondas Os três elementos que caracterizam uma onda são: amplitude, frequência, comprimento de onda. Representação dos elementos de uma onda

6 A velocidade com que a onda se propaga não depende desses elementos que caracterizam uma onda. A velocidade de propagação das ondas num determinado meio depende apenas das características do meio material (temperatura, densidade e elasticidade). Por exemplo, a velocidade de propagação de qualquer tipo de onda sonora através do ar é de 340 m/s (quando a temperatura é de 20º C). Velocidade do Som em diversos meios na temperatura de 25ºC Meio Velocidade (m/s) Ar 346 Água Álcool Vidro Ferro Granito Atividade 2 - A velocidade do som em diferentes meios a) A velocidade do som é maior no ar ou na água? b) O que significa dizer que um avião é super sônico? c) Lembrando do que ocorre numa tempestade, quando vemos raios e escutamos trovões, responda: qual velocidade é maior, a do som ou da luz? d) Observando a tabela acima indique em qual meio a velocidade do som é maior. Atividade 3 - Som encanado O som pode se propagar através de tubos de ar. O ar dentro de tubos torna-se um bom condutor de som. Essa propriedade gera muitas aplicações. a) Pegue uma mangueira de água do tipo usado para molhar plantas. A mangueira deverá estar completamente vazia. Veja se você consegue conversar com uma pessoa usando a mangueira como se fosse um telefone: você numa extremidade e a pessoa na outra extremidade. Veja se você consegue ouvir o som através da mangueira mesmo quando ela faz curvas. Esse método de comunicação era comum em navios permitindo a conversa entre uma pessoa na ponte de comando e uma pessoa na casa de máquinas do navio. b) Estetoscópios são aparelhos que os médicos usam para auscultar os pulmões e o coração dos pacientes. Você pode fazer um estetoscópio simples. Coloque a ponta de um funil na extremidade de uma pequena mangueira de borracha. Tente ouvir sons fracos usando o seu estetoscópio. As vibrações do ar encanado permitem que você escute sons muito fracos que você não poderia ouvir sem o estetoscópio.

7 IV. Qualidades do som Quando alguma coisa vibra, ela produz som que se propaga através do meio material que está ao redor. Uma régua presa numa extremidade, ao vibrar produz som. A rapidez com que a régua vibra é chamada de frequência da vibração. O valor da frequência indica quantas vezes a extremidade da régua sobe e desce em cada segundo. A frequência da régua pode ser escrita, por exemplo, assim: f = 30 vezes/seg. Isso significa que a ponta da régua sobe e desce 30 vezes por segundo. O nosso olho não consegue ver com detalhes um objeto que vibra com frequência maior do que 10 vezes/segundo. Você consegue ver a régua vibrando? O conceito de frequência se aplica a qualquer coisa que vibra ou que se repete como o eixo de um motor girando ou um fenômeno que se repete periodicamente. Vimos que quando a régua vibra, ela transmite a vibração para as moléculas de ar ao seu redor. Ao redor da régua ocorrem compressão e rarefação de ar que se alternam repetidamente com uma frequência igual à frequência de vibração da régua. Assim, ao redor da régua é produzido o som que se propaga em todas as direções. Dizemos que o som possui uma frequência de vibração igual à frequência de vibração do objeto que o produziu. Uma característica importante de uma onda sonora é a sua frequência. A frequência é um fator que define a qualidade de um som. Há sons puros, que possuem uma única vibração, ou seja, uma única frequência e há também sons que são compostos por várias frequências que se superpõem. O barulho é uma mistura desordenada de sons de várias frequências. As notas musicais são sons de determinada frequência que foram definidas pelo efeito agradável que produz em nosso ouvido. As notas musicais se diferenciam umas das outras pela frequência. A tabela abaixo mostra as frequências de notas musicais numa escala média. A frequência pode ser expressa também em Hz (Hertz), sendo: 1 Hz = ciclo (vezes) / segundo. Normalmente ouvimos sons cuja frequência varia entre 20 Hz a Hz. Os sons com frequência superior a são denominados ultra-sons e não podem ser detectados pelos humanos. Os cães e morcegos, entretanto, podem escutar sons com frequência superior a Hz. As ondas sonoras com frequência inferior a 20 Hz são produzidas, por exemplo, por abalos sísmicos (terremotos) e também não são detectadas por nossos ouvidos. Notas musicais Frequência (Hz) Dó 262 Ré 294 Mi 330 Fá 349 Sol 392 Lá 440 Si Quanto maior é a frequência de um som, mais agudo ele é. Quanto menor a frequência, mais grave é o som. Na tabela acima, vemos que a nota Fá é mais aguda do que as notas Dó, Ré e Mi. Vemos também que o Dó é a nota mais grave e o Si é a nota mais aguda da tabela. Se multiplicarmos ou dividirmos as frequências da tabela por um número inteiro (2, 3, 4,.) obteremos as mesmas notas musicais mais agudas ou mais graves. É comum dizer também que "mais agudo" é o mesmo que "mais alto"; "mais grave" é o mesmo que "mais baixo". Nesse caso, "som alto" e "som baixo" não se tratam da intensidade do som. A intensidade do som está relacionada com a amplitude da vibração. No caso da régua vibrante, se puxamos mais a ponta da régua, fazendo mais força, estamos aumentando a amplitude da vibração, mas a frequência de vibração da régua não mudará, pois a frequência só depende do comprimento da parte vibrante da régua. Se tocamos uma determinada nota num violão, puxando muito ou puxando pouco a corda, a nota musical será a mesma, com igual frequência de vibração da corda, e, portanto, do som produzido, será o mesmo. Puxando muito ou puxando pouco a corda, estaremos mudando apenas a intensidade do som e não a sua frequência.

8 Atividade 4 - Analisando sons a) Repetindo o que você já fez: pegue duas garrafas idênticas e coloque diferentes quantidades de água nelas. Sopre lateralmente sobre a boca de cada garrafa e compare os sons produzidos nas duas garrafas. Qual é mais agudo? Verifique se a qualidade do som produzido tem relação com o tamanho da coluna de ar que vibra dentro da garrafa. b) Agora bata nas garrafas com um lápis ou alguma outra haste e compare os sons produzidos pelas duas garrafas. Qual é mais agudo? Note que agora o objeto que vibra é a própria garrafa juntamente com a coluna de água de seu interior. Verifique se a qualidade do som produzido tem relação com o tamanho da garrafa-água que vibra. c) Pegue um violão e toque uma de suas cordas. Depois, pressionando com o dedo essa corda em uma das posições do braço do violão, toque novamente a corda. Compare os sons produzidos numa e noutra situação. Verifique se a frequência do som produzido tem relação com o tamanho da corda que vibra. A frequência de vibração de uma corda de violão (e do som que ela emite) depende dos seguintes fatores: comprimento da corda, tração (força) aplicada na corda, espessura da corda e tipo da corda (nylon, aço, etc.). Um piano funciona de modo semelhante a um violão. No piano, cada tecla está ligada a um martelinho que bate sobre uma corda metálica do tipo de um violão. Sistema de produção de som de um piano (01/12/2009) Atividade 5 -Analisando sons II Abaixo estão mostrados vários pares de objetos que produzem som quando vibram. a) Analise cada par e diga qual objeto produz um som mais agudo.

9 b) Qual dos animais mostrados nas figuras abaixo emite som mais grave? Qual emite o som mais agudo? Qual a relação entre o tamanho do animal e a frequência do som emitido? bp2.blogger.com/ ogaratusa.wordpress.com

10 Dois sons de mesma frequência e mesma intensidade soam de maneira diferente quando são emitidos por instrumentos diferentes. Por exemplo, a mesma nota musical de um piano e de um violão é percebida de maneira diferente. Isso ocorre por que as ondas produzidas, apesar de terem a mesma frequência e intensidade, têm formas diferentes. A nota emitida por cada instrumento é o resultado da vibração não só da corda, mas também de outras partes do instrumento, como as peças de madeira, as outras cordas, etc. O que escutamos é uma superposição de sons que o nosso ouvido consegue distinguir. Chamamos detimbre essa qualidade do som que nos permite distinguir sons de diferentes fontes mesmo que tenham mesma frequência e intensidade. É o timbre que nos permite distinguir a voz de uma pessoa. O timbre da voz pode ser usado para identificação de pessoa da mesma maneira que a impressão digital. O timbre da voz de uma pessoa muda um pouco conforme suas condições emocionais. O timbre da voz depende se a pessoa está muito triste ou muito alegre. V. A Poluição sonora Ondas sonoras de mesma frequência e diferentes timbres produzidas por diversas fontes De acordo com a Organização Mundial da Saúde, a poluição sonora é um dos maiores problemas ambientais da atualidade. Ruídos podem causar irritação e problemas emocionais. Escutar sons, mesmo que agradáveis, como música, com volume muito alto pode causar surdez, dores de cabeça, distúrbios digestivos, falta de concentração e aumento dos batimentos cardíacos. É cada vez maior o número de pessoas com problemas de audição. Estima-se que 10% da população sofre de algum tipo de deficiência auditiva. A poluição sonora afeta muitos trabalhadores que lidam com máquinas barulhentas e convivem com o barulho das cidades. Muitos jovens são também afetados por causa do hábito comum de ouvir musica com volume alto.

11 Dois tipos de surdez Os sons fazem vibrar uma membrana de nossa orelha chamada tímpano (veja figura). O movimento do tímpano é transmitido a um conjunto de três pequenos ossos do tamanho de grãos de arroz: martelo, bigorna e estribo. A vibração desses ossinhos, por sua vez, produz vibrações em um líquido que preenche uma estrutura óssea com aparência de um caramujo: a cóclea. A cóclea transforma as vibrações em impulsos nervosos que são, então, enviados ao cérebro pelo nervo auditivo. Detalhes de parte da orelha Explosões ou infecções podem produzir surdez. No caso de explosão, o tímpano pode se romper. No caso de infecção, o tímpano pode ter seu movimento prejudicado pelas secreções (pus). Esse tipo de "surdez" é provocado pela dificuldade de vibração do tímpano e dos ossinhos a ele ligados. Na maior parte dos casos, esse tipo de surdez tem cura. Outro tipo de surdez é provocado pela exposição a sons muito intensos por longos períodos de tempo. Nesse caso, células da cóclea são danificadas para sempre. Esse tipo de surdez desenvolve-se lentamente e quando é notada muitas vezes já não tem cura. Se um trabalhador ficar exposto ao som de um mesmo tipo de máquina durante muito tempo, ele perderá gradualmente a capacidade de escutar sons com frequências iguais àquelas emitidas pela máquina. Dentistas, cabeleireiros, operadores de serra, trabalham com máquinas que produzem sons de alta frequência (ruídos agudos). Nossos ouvidos são mais sensíveis aos sons agudos que aos graves. Por essa razão, sons de alta frequência são mais prejudiciais à audição. Uma pessoa com dificuldade de entender o que outras pessoas falam ou que aumentam o som da televisão acima do normal, provavelmente precisa ir ao médico. É preciso prevenir a surdez, pois, ela se desenvolve gradualmente e pode não ter cura. Atividade 6 - Vibrações transmitidas através do crânio a) Morda a ponta de um barbante fino. Estique a outra ponta com uma das mãos. Com a outra mão faça o barbante vibrar. Você escutará o barbante vibrar porque o som produzido é transmitido diretamente à sua cóclea através dos ossos do crânio. Alguém perto de você não poderá escutar a vibração do barbante. b) Aproveite para verificar como a frequência de vibração do barbante depende da tensão do barbante, do seu comprimento e da sua espessura. c) Quando escutamos a nossa própria voz, escutamos o som por duas vias: pela vibração do crânio, e pelo som que vem através do ar. Quando ouvimos nossa voz através de gravação, não a reconhecemos totalmente. Explique porque isso ocorre. Atividade 7 - Causas de surdez a) O hábito de escutar musica com o volume muito alto é comum entre os jovens. Esse hábito provoca um tipo de surdez conhecida com surdez sensorial. De acordo com o que você já estudou, esse tipo de surdez é reversível ou irreversível? b) Muitos torcedores levam foguetes para os estádios de futebol apesar da proibição. Um foguete ao estourar

12 próximo aos ouvidos de uma pessoa pode causar danos ao aparelho auditivo. Que danos podem ocorrer à orelha humana nesses casos? Esses danos são reversíveis ou irreversíveis? VI. Medindo a intensidade do som Os sons transmitem energia. A intensidade de energia que chega aos ouvidos depende da potência da fonte geradora do som e da distância da fonte até ao ouvido. Quando queremos falar para um grande grupo temos que produzir uma "voz mais potente" ou usar um microfone e alto-falantes. Esses equipamentos são capazes de produzir sons com energia muito superior à energia produzida por nossa voz. Esses equipamentos são chamados de amplificadores. Existe um limite para a quantidade de energia que pode ser recebida pelas nossas orelhas sem causar danos. Essa quantidade é muito pequena. Nosso aparelho auditivo é capaz de perceber quantidades mínimas de energia. Ele é extremamente sensível e por isso pode ser danificado se for submetido a grandes quantidades de energia sonora. Existem estudos que indicam que nossas orelhas podem ficar expostas no máximo a 0,9 milésimos de Joule, ao longo de todo um dia. Para termos uma ideia do valor da energia máxima que o nosso ouvido suporta, vamos comparar esse valor com os seguintes valores: para aumentar a temperatura de um grama de água de 1 ºC precisamos de 4,18 joules de energia; para levantar uma massa de 1 quilograma até 1 metro de altura precisamos de 10 joules de energia. Esses valores mostram que 0,9 milésimos de joule é uma energia muito pequena. A intensidade ou volume do som num certo instante pode ser medida por um aparelho chamado decibelímetro. A intensidade do som está relacionada com a amplitude da onda sonora. A unidade de medida da intensidade sonora é chamada de 1 bel (em homenagem A. Graham Bell, inventor do telefone). 1 decibel (db) é igual a 0,1 bel (um décimo de bel). Nessa escala de medidas, o som de menor intensidade que conseguimos escutar tem o valor de 0 db (zero decibéis). O som mais intenso que conseguimos escutar sem sentir dor tem o valor de 120 db. A figura abaixo mostra algumas intensidades sonoras medidas em decibéis.

13 Valores de intensidades sonoras em diversas situações do nosso cotidiano Vimos que o limite de intensidade sonora que podemos ouvir sem sentir dor é de 120 db. Portanto, para nós, esse é um som muito forte. Entretanto, a potência sonora de 120 db quando comparada à potência desenvolvida por outros dispositivos utilizados no nosso dia a dia é muito pequena. Um LED (light emission diodo) é uma pequena lâmpada colorida usada para indicar, por exemplo, a função liga/desliga em equipamentos eletrônicos. Apesar de um LED usar pouca energia, a potência que ele utiliza é 300 vezes maior do que a potência de um som de 120 db. Isso nos mostra que o sistema auditivo é extremamente sensível e que ele deve ter sido muito importante na sobrevivência da espécie. Para preservar a audição, a legislação brasileira estabelece limites para intensidades sonoras a que as pessoas podem ser submetidas em ambientes de trabalho. A tabela abaixo mostra valores de nível de ruído (db), tempo de exposição e valor da energia suportável. Tempo máximo de exposição diária Nível de ruído Energia Sonora recebida em joules 8 h 85 db 0,9 milésimos 4 h 90 db 1,4 milésimos 2 h 95 db 2,3 milésimos 1 h 100 db 3,6 milésimos 30 min 105 db 5,7 milésimos 15 min 110 db 8,9 milésimos Atividade 8 Nível de Ruído Em 1994, o Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) instituiu o "Selo Ruído" para ser usado pelos fabricantes de aparelho eletrodomésticos que geram ruído. O cabeleireiro trabalha cerca de 4 horas por dia com o secador de cabelo ligado. Esse valor de tempo corresponde a soma de todos os intervalos em que o aparelho está ligado. O cabeleireiro deseja comprar um novo secador e resolve comparar dois modelos disponíveis nos quais estão afixados os selos abaixo.

14 Com base na tabela anterior responda: a) Qual o tempo máximo de exposição ao ruído emitido pelo secador YT01? b) Qual o tempo máximo de exposição ao ruído emitido pelo secador YT02? c) Por qual dos dois aparelhos o cabeleireiro deve optar? Explique Módulo Didático: PRODUÇÃO E PERCEPÇÃO DE SONS Currículo Básico Comum - Ciências Ensino Fundamental Autor(es): Arjuna C. Panzera e Dácio G. Moura Centro de Referência Virtual do Professor - SEE-MG / março 2009