Ondas Sonoras. Profo Josevi Carvalho

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1 Ondas Sonoras Profo Josevi Carvalho

2 INTRODUÇÃO É o ramo da Física que interpreta o comportamento das ondas sonoras audíveis frente aos diversos fenômenos ondulatórios. ONDA SONORA: Onda mecânica, longitudinal e tridimensional.

3 Ondas Sonoras como Flutuações de Pressão

4 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

5 Velocidade do Som Velocidade do Som em um fluido: B Módulo de compressão ρ - Densidade do fluido Velocidade do Som em um sólido: Y Módulo de Young Velocidade do Som em um gás ideal: γ Razão das capacidades caloríficas R Constante do gás T Temperatura M Massa molar

6 Velocidade do Som em alguns materiais A 20 C, o som propaga-se no ferro sólido a 5100 m/s, na água líquida a 1450 m/s e no ar a 343 m/s vsól. > vlíq. > vgas.

7 Velocidade do Som em alguns materiais A 20 C, o som propaga-se no ferro sólido a 5100 m/s, na água líquida a 1450 m/s e no ar a 343 m/s vsól. > vlíq. > vgas.

8 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 início do labirinto e caracol. No ouvido interno estão as terminações nervosas que se comunicam com o cérebro).

9 ALTURA DO SOM Qualidade que permite diferenciar som grave e som agudo. A altura de um som depende apenas de sua frequência

10 A Frequência do Som Ultra-sons: Sons com frequências muito elevadas, superiores a Hz, que o ouvido humano não consegue ouvir. Sons audíveis: Para os seres humanos - sons de frequência compreendida entre os 20 Hz e os Hz. Infra-sons - sons de frequência de 0 a 20 Hz (não audíveis). Estes sons provocam náuseas e perturbações intestinais.

11 ALTURA DO SOM Infra Som Som Audível 20 Hz Ultra Som 20 khz Altura Alto: AGUDO (Alta frequência) Som Audível Baixo:GRAVE (baixa frequência)

12 INTERVALO ACÚSTICO O Intervalo entre dois sons é a razão entre as frequências destes sons. f1 I= f2 Se I = 2; dizemos que o intervalo entre os dois sons é uma oitava. Intervalo Acústico Razão de frequência Uníssono 1:1 Oitava 2:1

13 ESCALAS MUSICAIS Sequência de notas musicais dispostas em ordem crescente de frequências GAMA: Conjunto de notas dentro de 1 oitava. OBSERVAÇÃO IMPORTANTE! Duas Notas musicais iguais possuem mesma frequência, ou seja, mesma altura.

14 INTENSIDADE SONORA E I= t A DEFINIÇÃO: É a quantidade de energia sonora que atravessa a unidade área de uma superfície disposta perpendicularmente à direção de propagação, na unidade de tempo.

15 INTENSIDADE SONORA Pot I= A SILENCIO ABSOLUTO Potência da fonte (Watts) Área atravessada pelo som (m2) POLUIÇÃO SONORA SOM FISIOLÓGICO LIMIAR DE AUDIBILIDADE 1 I (W/m2)

16 INTENSIDADE SONORA SOM FORTE Intensidade Alta Onda Sonora com amplitude Alta SOM FRACO Baixa Intensidade Onda Sonora com amplitude baixa

17 NÍVEL SONORO É a intensidade sonora percebida ou detectada pelo sistema auditivo humano. I β = 10 log Io DEFINIÇÃO MATEMÁTICA: SILÊNCIO ABSOLUTO SOM FISIOLÓGICO 0 Limiar de audibilidade POLUIÇÃO SONORA 120 decibel Limiar de dor

18 TIMBRE Está relacionado à forma da onda. Permite distinguir dois sons de mesma altura e mesma intensidade, emitidos por fontes distintas.

19 Nível de Intensidade Sonora (db) Turbina de avião, caixa da bateria a 10cm Cantor de rock gritando no microfone Chimbal a 15 cm (limiar da dor) Pico de um piano 94 db SPL, teste de sensibilidade de microfones Violão dedilhado a 30cm 74 db SPL, teste de sensibilidade de microfones Bate papo normal Automóvel silencioso Cochicho Nível de ruído em um estúdio de gravação Limiar da audição para jovens watt/cm2 19

20 REFLEXÃO DO SOM Quando as ondas sonoras atingem um obstáculo fixo, como uma parede, elas sofrem reflexão com inversão de fase. Persistência auditiva: tempo que leva para deixarmos de perceber um som (0,1s). Eco: ocorre quando a pessoa percebe o som por ela emitido duas vezes distintas.

21 FONTES DE ONDAS SONORAS Cordas Sonoras 1º HARMÔNICO Som fundamental 2º HARMÔNICO 3º HARMÔNICO

22 CORDAS SONORAS

23 Tubos Sonoros

24 Tubos abertos para harmônico n Num tubo ABERTO de comprimento L, observou-se: λ 2 l l = n λn = 2 n v n v Como f n = f n = λn 2 l Onde n é um número inteiro.

25 Tubos fechados para harmônico n Num tubo FECHADO de comprimento L, observou-se: λ l =n 4 4l λn = n v n v Como f n = fn = λn 4 l Onde n é um número ímpar

26 O EFEITO DOPPLER Alta frequência O observador percebe uma frequência alta quando o trem se aproxima dele. Baixa frequência O observador percebe uma frequência baixa quando o trem se afasta dele.

27 Observador em movimento e fonte em repouso Considere um observador e uma fonte de ondas sonoras tal como a figura abaixo: As equações a seguir são construídas considerando um referencial orientado do observador para a fonte sonora. Velocidade da fonte: vs Velocidade do ouvinte: vo Velocidade da onda sonora: v Frequência do ouvinte: fo Frequência da fonte: fs v + vo v = λ f fo = λ Ver exemplo na página 164;

28 Fonte e observador em movimento Num período T a fonte desloca uma distância x = vs T, dessa forma, a distância entre cada crista na frente e atrás será: λ frente v vs = ; fs fs λatrás v vs = + fs fs Dessa forma a frequência percebida por um observador à direita e à esquerda da fonte é: v + vo fo = λatrás frente v ± vo = v ±v s fs v ± vo f o = v ± vs f s

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