O SOM SE PROPAGA NO VÁCUO? CONTEÚDOS Ondas sonoras

Transcrição

1 O SOM SE PROPAGA NO VÁCUO? CONTEÚDOS Ondas sonoras AMPLIANDO SEUS CONHECIMENTOS No capítulo Ondas em toda a parte...até no vácuo, você obteve informações para responder ao questionamento sobre o que seria uma onda. Neste capítulo abordaremos especificamente as ondas sonoras. Reflita sobre as questões propostas a seguir e pesquise, caso tenha dificuldades, nos materiais indicados nas Referências. O que é o som? O que é necessário para ouvirmos um som? Como eles são produzidos? Será que o som para existir necessita de alguém para escutá-lo? Será que o som existe mesmo que não haja ninguém para ouvi-lo? Por que alguns sons são audíveis para alguns animais e não são para os seres humanos? Qual o significado dos decibéis (db)? Você sabia que existe uma legislação que determina os valores máximos de intensidade sonora permitidos por lei em bares, danceterias, shows de rock e outras festividades? Será que essa legislação é cumprida? Por que o fenômeno da ressonância deve ser levado em consideração quando se projeta um edifício ou uma ponte? Imagine que uma pedra caia ao chão, num local bem distante de qualquer pessoa ou animal. Algumas pessoas vão dizer que haverá som. Para outras, o som é subjetivo e requer um ouvinte. Para a Física o som é uma forma de energia (energia sonora) e existe independentemente de ter sido ouvido ou não. Os sons, em sua maioria, são produzidos por vibrações de objetos materiais: Violino e guitarra vibração de cordas Saxofone vibração de uma palheta Flauta vibração de uma coluna de ar dentro do instrumento

2 E no processo de transmissão das ondas sonoras é importante destacar a necessidade de um meio para que o som se propague. Uma consequência desse fato é que o som não se propaga no vácuo. Portanto, quando assistimos a filmes de ficção-científica, vemos e ouvimos a explosão das naves nas batalhas espaciais, não devemos esquecer que aquelas explosões, na verdade, ocorreriam no mais absoluto silêncio. Outro aspecto importante é que a velocidade do som depende do meio no qual ele se propaga. O som é a propagação dessas vibrações através de um meio, que pode ser o ar, um sólido como os metais ou nos líquidos, como a água. Nos sólidos, a velocidade do som é maior do que nos líquidos, que é maior do que nos gases. Na figura 1, um alto-falante produz um som que é detectado pelo observador. O cone do alto-falante vibra, avançando e retrocedendo. Nesse processo ele empurra sucessivamente as moléculas de ar, que empurram outras moléculas, formando uma onda. Ao atingirem o ouvido do observador as vibrações do ar são traduzidas em impulsos elétricos, que o cérebro codifica como som. Esses impulsos elétricos são conduzidos ao cérebro pelo nervo auditivo. O cérebro recebendo esses impulsos elétricos, irá interpretálos como o sinal emitido pelo alto-falante. E sua voz? Ela está associada à vibração das cordas vocais, ocorrendo o mesmo processo descrito no caso do alto-falante. Ao falar, fazemos vibrar as moléculas de ar próximas à boca que fazem vibrar as moléculas mais próximas a estas, até atingir as moléculas próximas ao ouvido da pessoa que recebe a informação emitida. Entretanto, dependendo da frequência que o som é emitido, ele não será ouvido. O intervalo de frequência das ondas sonoras audíveis varia entre 20 Hz e Hz. Ou seja, sons emitidos com frequência abaixo de 20 Hz e acima de Hz não são ouvidos pelos seres humanos. Figura 1 Propagação do som no ar Fonte: Fundação Bradesco Os sons emitidos com frequência inferior a 20 Hz são denominados infrassons e aqueles acima de Hz são conhecidos como ultrassons.

3 Os infrassons não são captados pelo ouvido humano, embora possam ser captados por outros animais. Os movimentos da crosta terrestre produzem sons de frequência demasiado baixa para que o ser humano os consiga ouvir. Esses sons são registados pelos sismógrafos e podem alertar a população para a ocorrência de um sismo (tremor de terra) ou erupção vulcânica. Certos animais, como por exemplo morcegos, golfinhos, mariposas etc se locomovem, encontram alimentos e fogem do perigo através de ondas ultrassônicas que eles próprios emitem. As observações do comportamento desses animais sugeriram a ideia do desenvolvimento do sonar, durante a 2ª Guerra Mundial. Esse instrumento serve para detectar objetos sob a água, como submarinos e minas, e também avaliar a profundidade do mar. Desde então, houve um aumento muito grande de aplicações do ultrassom nos mais diversos campos. Como o ultrassom está fora da faixa de frequência audível, ele pode ser empregado com intensidade bastante alta, além do seu uso à baixa intensidade. As aplicações de alta intensidade têm como objetivo produzir alteração no meio através do qual a onda se propaga. Alguns exemplos são: terapia media, ruptura de células biológicas, soldas e homogeneização de materiais. OKUNO, E; CALDAS, I; CHOW, C. Física para ciências biológicas e biomédicas. São Paulo: Harper e Row do Brasil, Nos vídeos indicados a seguir você poderá rever os conteúdos estudados neste capítulo, além de conhecer uma aplicabilidade dos ultrassons na indústria. Infrassom, som e ultrassom - Ondas sonoras Ensaios de Materiais - Ultrasom ATIVIDADES 1. Numa certa guitarra, o comprimento de onda do som emitido é de 1,2 m. Ao ser dedilhada, uma das cordas emite um som de frequência fundamental igual a 220 Hz. Determine a velocidade das ondas na corda da guitarra.

4 2. Uma flauta emite um som de frequência 80 Hz. Considerando a velocidade do som no ar igual a 340 m/s, determine o comprimento de onda da onda sonora produzida. 3. Quando uma onda sonora se propaga no ar, numa certa direção a) o ar, como um todo, se desloca na direção da propagação da onda. b) o ar, como um todo, se desloca na direção normal à direção de propagação da onda. c) as partículas do ar se movimentam de um lado para outro, numa direção normal à direção da propagação da onda. d) as partículas do ar se movimentam para frente e para trás, na direção da propagação da onda. e) o ar não se movimenta, apenas sua pressão aumenta e diminui sucessivamente. 4. Todas as ondas abaixo podem se propagar no vácuo, exceto: a) os ultrassons b) os raios X c) as ondas de rádio d) os raios laser e) o ultravioleta 5. As figuras a seguir, ilustram os comprimentos de onda de duas notas musicais. 297 Hz 440 Hz Considerando-se que as notas musicais propagam-se no ar com velocidade de 340 m/s, indique o comprimento de onda de cada uma delas.

5 6. (FUVEST 2002) O som de um apito é analisado com o uso de um medidor que, em sua tela, visualiza o padrão apresentado na figura abaixo. O gráfico representa a variação da pressão que a onda sonora exerce sobre o medidor, em função do tempo, em μs (1 μs = 10 6 s). Seres vivos Intervalos de frequência Analisando a tabela de intervalos de frequências audíveis, por diferentes seres vivos, conclui-se que esse apito pode ser ouvido apenas por a) seres humanos e cachorros. b) seres humanos e sapos. c) sapos, gatos e morcegos. d) gatos e morcegos. e) morcegos.

6 7. O som não se propaga no vácuo porque a) é uma onda longitudinal. b) é uma onda mecânica. c) não é tridimensional. d) é uma onda eletromagnética. e) não é uma onda estacionária. LEITURA COMPLEMENTAR Processos envolvidos na audição Nossas duas orelhas são apenas parte do aparelho auditivo. Elas funcionam como captadores de sons, encaminhando as ondas sonoras para o conduto auditivo. Através dele as ondas são levadas ao interior do ouvido, onde realmente ocorre a audição. É ali que se encontram mecanismos delicados, de grande complexidade e sensibilidade incrustados nos ossos do crânio. As partes internas do ouvido não são apenas fundamentais para a audição. Elas também estão envolvidas na manutenção do equilíbrio do corpo. Contribuem para o nosso senso de posição, que nos permite saber o que é para cima e o que é para baixo. Os órgãos do equilíbrio proporcionam a realização de movimentos suaves e seguros, mas também permitem que façamos proezas como nos mantermos em equilíbrio numa perna só ou andarmos na completa escuridão, quando não é possível nos orientarmos pela visão. Se comparada com a audição de muitos outros animais, a nossa é razoavelmente sensível. Podemos nos adaptar rapidamente a uma enorme variedade de sons do ruído ensurdecedor de um jato que passa sobre nossas cabeças ao suave rumor de uma brisa sobre o capim, segundos depois. Somos também capazes de ouvir uma grande diversidade de frequências sonoras (tons), desde as notas baixas de uma tuba até os sons agudos de um violino. A audição não envolve apenas os ouvidos, que captam vibrações sonoras, transformandoas em impulsos nervosos. É o cérebro que, ao receber esses impulsos, interpreta e dá sentido aos sons que ouvimos. PARKER, S. O ouvido e a audição. São Paulo: Scipione, 1992.

7 INDICAÇÕES Como o homem fala? Como funciona o Sonar? REFERÊNCIAS ALVARENGA, B. Curso de Física. São Paulo: Scipione, v. 2. GASPAR, A. Física. São Paulo: Ática, v. 2. HEWITT, P. Física conceitual. Porto Alegre: Bookman, Fundamentos da Física conceitual. Porto Alegre: Bookman, OKUNO, E; CALDAS, I; CHOW, C. Física para ciências biológicas e biomédicas. São Paulo: Harper e Row do Brasil, PARKER, S. O ouvido e a audição. São Paulo: Scipione, PIETROCOLA, M. Física em contextos: pessoal, social e histórico. São Paulo: FTD, v. 2. TREFIL, J. Física Viva. Rio de Janeiro: LTC, v. 2. WHITEWAY/FREERANGESTOCK.COM. Ondas se propagando na superfície da água. Disponível em: < Acesso em: 06 jun h33min. GABARITO 1. Utilizando a expressão v =.f, onde = 1,2 m e f = 220 Hz, teremos: v =.f v = 1,2.220 v = 264 m/s 2. Utilizando a expressão v =.f, onde v = 340 m/s e f = 80 Hz, teremos: v =.f 340 =.80 = = 4,25 m 3. Alternativa D 4. Alternativa A

8 5. Para a nota com frequência de 297 Hz e velocidade de 340 m/s, teremos o seguinte comprimento de onda: v =.f 340 =.297 = ,14 m E para a nota Lá com frequência de 440 Hz e velocidade de 340 m/s, teremos: v =.f 340 =.440 = ,77 m 6. Alternativa D Na figura fornecida, o intervalo de tempo representado por dois quadradinhos equivale a 10 s. Ainda pela figura, observamos que a distância entre duas cristas corresponde a 4 quadradinhos, ou seja 20 s, que corresponde ao período da onda. Portanto T = 20 s. Lembrando da relação entre a frequência e o período, através da relação f = 1/T determinamos seu valor. f = 1 T f = 1 20 f = f = 0, f = f = f = Hz Analisando os valores apresentados na tabela, percebe-se que a frequência de Hz aparece nos intervalos 60 Hz e Hz (gato) e Hz e Hz (morcego). 7. Alternativa B