Sons harmónicos; Sons complexos; Frequência; Amplitude; Período; Especto sonoro

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Rui Castelo Lisboa
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1 Ficha do professor AL 2.1. CARACTERÍSTICAS DO SOM Autora: Fernanda Neri TI-Nspire Palavras-chave: Sons harmónicos; Sons complexos; Frequência; Amplitude; Período; Especto sonoro Ficheiros associados: Característica do som_atividade_aluno; Caraterísiticas do som_atividade_professor; características do som tns 1. Objetivo Geral Investigar características de um som (frequência, intensidade, comprimento de onda, timbre) a partir da observação de sinais elétricos resultantes da conversão de sinais sonoros. 2. Metas Específicas 1. Identificar sons puros e sons complexos. 2. Comparar amplitudes e períodos de sinais sinusoidais. 3. Comparar intensidades e frequências de sinais sonoros a partir da análise de sinais elétricos. 4. Medir períodos e calcular frequências dos sinais sonoros, compara-los com valores de referência e avaliar a sua exatidão. 5. Identificar limites de audição no espetro sonoro. 6. Medir comprimentos de onda de sons. 3. Comenta rios Para esta atividade não deve haver muito barulho na sala de aula. Para melhor aquisição de dados deve percutir primeiro o diapasão e depois proceder á recolha de dados. Para identificar os limites de audição dos seus alunos ligue o gerador de sinais a um altifalante e gere o sinal dentro da banda audível do ouvido humano e peça aos alunos que indiquem a partir de quando deixam de ouvir levantando o braço. O documento Características do som.tns permite ao professor avaliar rapidamente o que os alunos aprenderam ao efectuarem esta atividade. 4. Material Unidade portátil TI-Nspire ou PC com software TI-Nspire Lab Cradle Sensor de som Diapasões com diferentes frequências e caixa de ressonância. 1

Ficha do professor Martelo de diapasão Gerador de sinais Altifalante 5. Procedimento 1. Ligue o Lab Cradle à unidade portátil. 2. Abra um novo documento com a aplicação Vernier DataQuest. 3.

Dê uma batida no diapasão e pressione a tecla verde de modo a iniciar a recolha de dados. 6. Pressione e batendo no martelo com maior intensidade regista o novo conjunto de dados. 7.

2 Ficha do professor Martelo de diapasão Gerador de sinais Altifalante 5. Procedimento 1. Ligue o Lab Cradle à unidade portátil. 2. Abra um novo documento com a aplicação Vernier DataQuest. 3. Ligue o sensor ao Lab Cradle, este nomalmente é automaticamente identificado. 4. Coloque o sensor de som na caixa de ressonância. 5. Dê uma batida no diapasão e pressione a tecla verde de modo a iniciar a recolha de dados. 6. Pressione e batendo no martelo com maior intensidade regista o novo conjunto de dados. 7. Com outro diapasão com uma frequência diferente (repitea os procedimentos 4, 5 e 6). 8. Com um gerador de sinais ligado a altifalante gere um sinal de frequência 20 Hz e aumenta o valor até atingir os 20000Hz, registe o valor em que os seus alunos começaram a deixaste de ouvir. 9. No microfone peça aos alunos que emitam o som de uma vogal e comparem com o som produzido pela mesma vogal prenunciada por outros colegas. 6. Resultados Desloque o cursor de modo a encontrar o tempo de dois máximos consecutivos para determinar o período. De modo a minimizar o erro faça o mesmo procedimento para mais dois pares de máximos consecutivos. 7. Ca lculos 1. A partir dos tempos registados para três conjunto de máximos consecutivos. Para cada diapasão determine: 1.1. O período médio A frequência A exactidão do resultado obtido. 2

3 Ficha do professor 2. Faça o calculo estatístico do gráfico obtido para essa onda (regressão sinusoidal) e a partir da expressão obtida indique: 2.1. A frequência do diapasão A amplitude da onda A exactidão do resultado obtido. 3. Se o som no ar se propaga com uma velocidade de aproximadamente 340 ms -1 indique o comprimento de onda dessa onda sonora produzida pelo som do diapasão. 7. Concluso es O período e a frequência de uma onda só dependem do período de oscilação da fonte emissora, por isso se percutirmos um diapasão de 400Hz com maior intensidade estas características não se alteram. 3

4 Ficha do aluno AL 2.1. CARACTERÍSTICAS DO SOM Autora: Fernanda Neri TI-Nspire Objetivo Geral Investigar características de um som (frequência, intensidade, comprimento de onda, timbre) a partir da observação de sinais elétricos resultantes da conversão de sinais sonoros. 1. Metas Específicas 1. Identificar sons puros e sons complexos. 1. Comparar amplitudes e períodos de sinais sinusoidais. 2. Comparar intensidades e frequências de sinais sonoros a partir da análise de sinais elétricos. 4. Medir períodos e calcular frequências dos sinais sonoros, compará-los com valores de referência e avaliar a sua exatidão. 5. Identificar limites de audição no espetro sonoro. 6. Medir comprimentos de onda de sons. 2. Introduça o Teo rica Os sons resultam de vibrações produzidas por uma fonte, designada por fonte sonora. Ao número de vibrações que se efetua por unidade de tempo damos o nome de frequência. Quando percutimos um diapasão, ou pressionamos a tecla de um piano, podemos sentir que há uma vibração. O som produzido propaga-se através de ondas que são reconhecidas pelos detetores de som como os nossos ouvidos ou um microfo- O som é uma onda de pressão porque num dado ponto a pressão do ar varia com o tempo. Graficamente é possível representar a variação da pressão do ar num ponto em função do tempo. Sendo a amplitude a diferença máxima entre a pressão nesse ponto e a pressão de equilíbrio. As ondas são caracterizadas pela frequência, período e velocidade de propagação (num dado meio). Quando a oscilação se repete em intervalos de tempo constantes, o sinal gerado é um sinal harmónico ou sinusoidal se puder ser escrito pela função y= A sin (2 π f t) Em que y é a elongação (afastamento em relação à posição de equilíbrio) no instante t, A é a amplitude (Valor máximo da grandeza física associada à onda em relação à situação de equilíbrio) e f é a frequência. 3. Preve 1. Se percutirmos dois diapasões com a mesma frequência o que poderá variar na representação gráfica da onda gerada? 2. Inúmeros filmes de fição científica com cenas de guerras espaciais, como "Guerra nas Estrelas" exibem grandes explosões com estrondos impressionantes, além de efeitos luminosos espetaculares a ocorrer no espaço interplanetário. Contudo no filme "2001, uma Odisséia no Espaço", não apresenta esses efeitos sonoros. O que terá levado os produtores cinamatográficos a retirar esses efeitos sonoros tão espetaculares? 1

5 Ficha do aluno Domínio - Ondas e eletromagnetismo 3. O que distingue um som da mesma frequência obitdo por um diapasão e por uma guitarra? 4. Se usarmos um diapasão com uma frequência de 440 Hz, qual será o período da onda por ele gerada? Será que se pode prever o valor da amplitude? 4. Material Unidade portátil TI-Nspire Lab Cradle Sensor de som Diapasões com diferentes frequências e caixa de ressonância Martelo de diapasão 5.Procedimento 1. Liga o Lab Cradle à unidade portátil. 2. Abre um novo documento com a aplicação Vernier DataQuest. 3. Liga o sensor ao Lab Cradle que é automaticamente identificado. 4. Coloca o sensor de som na caixa de ressonância. 5. Dá uma batida no diapasão e pressiona a tecla verde de modo a iniciar a recolha de dados. 6. Pressiona e percutindo o diapasão com uma pancada mais forte regista o novo conjunto de dados. 7. Com outro diapasão com uma frequência diferente (repete os procedimentos 4, 5 e 6). 8. Com um gerador de sinais ligado a um altifalante gera um sinal de frequência 20 Hz e aumenta o valor até atingir os Hz, regista o valor em que deixaste de ouvir. 9. No microfone emite o som de uma vogal e compara com o som produzido pela mesma vogal pronunciada por outros colegas do grupo. 6. Resultados Desloca o cursor de modo a encontrares o intervalo de tempo de dois conjuntos de máximos consecutivos para determinares o período. De modo a minimizar o erro repete o procedimento para mais dois pares de máximo consecutivos. 2

6 Ficha do aluno Domínio - Ondas e eletromagnetismo 7.Ca lculos 1. Considera os instantes registados para três conjuntos de máximos consecutivos. Para cada diapasão determina: 1.1. O período médio A frequência média A exactidão do resultado obtido. 2. Faz regressão sinusoidal que se ajusta aquele conto de pontos e a partir da expressão obtida indica: 2.1. A frequência do diapasão A amplitude da onda A exatidão do resultado obtido. 3. Se o som no ar se propaga com uma velocidade de aproximadamente 340 ms -1 indica o comprimento de onda dessa onda sonora produzida pelo som do diapasão. 8.Reflete 1. Compara os valores das amplitudes obtidas para o mesmo diapasão quando percutido com intensidades diferentes. 2. Quando tocas a mesma nota musical com instrumentos diferentes o som produzido é diferente porquê? 3. Avalia a exatidão dos resultados obtidos por cada um dos processos. 3

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