Programa. FFI0210 Acústica Física. Universidade de São Paulo Instituto de Física de São Carlos - IFSC

Transcrição

1 Universidade de São Paulo Instituto de Física de São Carlos - IFSC FFI0210 Acústica Física Programa Prof. Dr. José Pedro Donoso Prof. Dr. Francisco G. Guimarães

2 Agradescimentos Os docentes da disciplina gostariam de expressar o seu agradecimento as editoras LTC (Livros Tecnicos e Científicos), Cengage Learning e E. Blucher pelo acesso às figuras dos livros textos: Fisica de Tipler & Mosca e Fundamentos de Física de Halliday, Resnick e Walker (LTC), Principios de Física de Serway & Jewett (Cengage Learning) e Acústica Aplicada ao Controle do Ruído (Blucher).

3 Sylvio R. Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle do Ruído (Editora E. Blücher, 2006, 2011)

4 1 - Introdução histórica Helmholtz Medida da velocidade de propagação do som na água. Lago de Genebra, 1827 Padre Mersenne W.C. Sabine

5 2 - Revisão de vibrações e ondas 2008 by W.H. Freeman and Company

6 Descrição de uma onda Parâmetros: velocidade, periodo, amplitude, comprimento de onda e fase λ v = = fλ = f T ω 2π 2008 by W.H. Freeman and Company

7 Revisão de vibrações e ondas: oscilações amortecidas Tuned mass damper (Taiwan)

8 Revisão de vibrações e ondas: ressonância. Um exemplo histórico do fenômeno de ressonância foi a queda da ponte pênsil do estreito de Tacoma (Washington, EUA, 1940) O fenômeno de ressonância é muito importante na compreensão das propriedades dos instrumentos musicais

9 Ondas estacionárias Halliday, Resnick, Walker, Fundamentos de Física

10 Padrões de ressonância (modos) de um violão 2008 by W.H. Freeman and Company

11 3 - Onda sonora A onda sonora é caracterizada pela sua frequência (f) e pelo seu comprimento de onda (λ). A relação entre f, λ é a velocidade do som (v) é: v = λf

12 Espectro sonoro: Análise harmônica por transformada de Fourier (FFT) 2008 by W.H. Freeman and Company

13 Espectro sonoro: amplitude relativa dos harmônicos 2008 by W.H. Freeman and Company

14 4 - Propriedades ondulatórias das ondas de som: reflexão, refração, difração e interferência. Aula prática: tanque de ondas O comportamento de uma onda pode ser estudado num tanque de ondas, geradas por uma lâmina que oscila na água. Esta técnica também é utilizada para simular o comportamento das ondas sonoras frente a obstáculos. Tipler, Física (Editora LTC, 2000)

15 4 - Propriedades ondulatórias das ondas de som: interferência 2008 by W.H. Freeman and Company

16 5 - Qualidades do som: altura, timbre e intensidade.

17 5 - Qualidades do som: altura, As notas de um piano e suas frequências (em Hz). A seta indica a nota Lá central ou Lá de afinação, de frequência f = 440 Hz.

18 6 Mecanismo de audição Coleção Ciência & Natureza: Corpo Humano (Time Life, Abril Livros, 1995)

19 6 Mecanismo de audição -Ouvido externo: ressonância no canal auditivo. Filtragem e direcionabilidade - Ouvido médio - Ouvido interno: estrutura da cóclea movimento da membrana basilar, localização das frequências, bandas críticas F.A. White, Our acoustic environment (J. Wiley & Sons, 1975)

20 7 - Acústica de ambientes. Tempos de reverberação. Inteligibilidade. Absorção do som. Materiais absorventes acústicos. Isolamento acústico. Ressonadores. Leo L. Beranek, Music, acoustic and architecture (Wiley, 1962)

21 Em acústica, define-se a reverberação como a persistência do som no ambiente. Ela é parametrizada pelo tempo de reverberação. Por definição, este tempo corresponde ao decaimento em 60 db na intensidade do som reverberante. J.S. Rigden Physics and the sounds of music

22 Utilização de superfícies refletoras no forro Ref: Ennio Cruz da Costa, Acústica Técnica (Editora Blücher, 2003)

23 8 - Física e música: Escalas musicais. Física dos instrumentos musicais Afinação das cordas do violino: Sol 3 (G 3 ) : 196 Hz Re 4 (D 4 ) : Hz Lá 4 (A 4 ) : 440 Hz Mi 5 (E 5 ) : Hz

24 9 Ruído. Efeitos de ruído no ser humano. Controle do ruído. Normas Sylvio R. Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle do Ruído (Ed. Blücher,2006, 2011)

25 Ondas Sísmicas Northridge Los Angeles, 1994 E.A. Keller, Environmental Geology (Prentice Hall, 2011) Tarbuck e Lutgens, Earth Science (Prentice Hall, 1997)

26 Ondas de Tsunamis Os tsunami são grandes movimentações de água do oceano causadas por terremotos no fundo oceânico. Quando o tsunami se aproxima da terra firme, o leito marinho mais raso começa atuar como um freio sob a onda. Perto da margem, a velocidade da base diminui e a crista se eleva. Coleção Ciência & Natureza, Planeta Terra (Time Life & Abril 1996)

27 O tsunami do 11/3/2011 no Japão foi causado por um terremoto de magnitude 9 que ocorreu próximo a costa. O tsunami se espalhou pelo Oceano Pacífico e atingiu a costa das Américas. Com base da figura, a velocidade da onda tsunami pode ser estimada em 772 km/h. Fábio Ramos Dias de Andrade, Terremotos e tsunamis no Japão, Revista USP 91, 16 (2011)

28 Artigo completo disponível em:

29 Revista Ciência Hoje número 267 (Fev. 2010) Artigo disponível em: