17 - Ondas II Thesing 141111a

Ondas I

Ondas, diferem do caso massa-mola devido a existência

de uma distribuição infinita de massa

ao longo do seu comprimento. Neste caso teremos infinitas freqüências de ressonância sendo uma a “fundamental” e seus múltiplos ou semitons.

Freqüência Fundamental

10 Harmônico

30 Harmônico

40 Harmônico

Ondas propagam-se e, se há vinculo imposto na sua parte iniciale terminal, teremos a reflexão da onda inicial. A soma destas duasoscilações resulta uma onda estacionária.

Onda Progressiva nesta Direção.

onda estacionária

Onda Progressiva nesta Direção.

onda estacionária.

Ondas estacionárias numa corda.Meia onda.

Ondas estacionárias numa corda.Onda inteira.

Ondas estacionárias numa corda.1½ de onda.

Relação entre comprimento de onda e frequência.

Relação entre comprimento de onda e frequência.

O sistema massa-mola quando excitado tem como característicaa existência de UMA freqüência específica onde ocorre o fenômenoda ressonância.O fator refere-se ao valores do amortecimento e A é a amplitude da oscilação.

Oscilações Forçadas.

Ondas II

Ondas.

Acústica

Acústica• Acústica é o estudo das ondas sonoras;• Ondas sonoras são mecânicas, longitudinais e

tridimensionais;• Ondas sonoras não se propagam no vácuo;

V

Fonte oscilando com freqüência f

Orelha Tímpano

Nervo

Cérebro Compressão Rarefação

Vibração

LONGITUDINAL: ONDA SE PROPAGA NA MESMA DIREÇÃO DO PULSO

Acústica – A Freqüência do Som• Infra-som: sons com freqüências abaixo de 20Hz. Não

perceptível ao ser humano;• Ultra-som: sons com freqüências acima de 20000Hz. Não

perceptível ao ser humano;• Som audível: sons com freqüências perceptíveis ao ser

humano (20Hz a 20000Hz)

Infra-som

Som audível

Ultra-som

0 20 20.000

f (Hz)

Acústica – A Velocidade do Som

• As ondas sonoras propagam-se em meios sólidos, líquidos e gasosos, com velocidades que dependem das diferentes características dos materiais. De um modo geral, as velocidades maiores ocorrem nos sólidos e as menores, nos gases.

• A 20°C, o som propaga-se no ferro sólido a 5100m/s, na água líquida a 1450m/s e no ar a 343m/s.

... GasLíqSól VVV

Densidade velocidade

Acústica – A Altura do Som

• qualidade que permite diferenciar um som de alta freqüência (agudo) de um som de baixa freqüência (grave). A altura do som depende apenas da freqüência.

Som alto - Freqüência maior - som agudoSom baixo - Freqüência menor - som grave

• As notas musicais possuem alturas sonoras diferentes, isto é, cada nota possui uma freqüência característica.

Acústica – A Intensidade do Som• qualidade que permite diferenciar um som forte de um

som fraco. A intensidade do som está relacionada com energia que a onda transfere e com a amplitude da onda.

Um som de maior

volume

Uma onda sonora de maior

amplitude.

Maior transporte de energia pela onda

Som de maior intensidade

Intensidade do Som• Intensidade física:

• Unidade no SI:

sm

J

2 2m

W

tA

EI

PotênciaP

tE

A

PI

A = Área

E = Energia

t = tempo

P constante

A I

Intensidade do Som

• Mínima intensidade física ou limiar de audibilidade (Io): é o menor valor da intensidade física ainda audível, vale:

212

m

W 10oI

• Máxima intensidade física ou limiar de dor (Imáx): é o maior valor da intensidade física suportável pelo ouvido, vale:

2mW

1máxI

Intensidade do Som

• Intensidade auditiva ou nível sonoro ( ):

oII

log10• A unidade de nível sonoro, para a

equação dada, é o decibel (dB).

dBmWI

dBmWI

MáxMáx

oo

1201

0102

212

• Um ambiente com:

40dB é calmo;

60dB é barulhento

mais de 80dB já constitui poluição sonora.

NIVEL SONORO: É a relação entre a intensidade do som

ouvido pela intensidade mínima.

LIMIAR DE AUDIÇÃO: I0 = 10-12 W/m2

)(:

)(log.100

10

dBdecibelunidade

I

I

EXEMPLO: Um som possui intensidade de 10-7 W/m2. Calcule o nível sonoro, em dB.

)10

10log(.10

12

7

)10log(.10 5 dB50

Acústica – O Timbre do Som• Qualidade que permite diferenciar duas ondas sonoras de

mesma altura e mesma intensidade, emitidos por fontes distintas.

• O timbre está relacionado à forma da onda emitida pelo instrumento.

Diapasão

Flauta

Violino

Voz (letra a)

Clarineta

Reflexão do Som

• Persistência acústica : menor intervalo de tempo para que dois sons não se separem no cérebro. A persistência acústica do ouvido humano é de 0,1s.

• Um ouvinte consegue distinguir dois sons distintos desde que os receba em intervalos de tempo maiores (ou iguais) a 0,1s.

• Esse fato possibilita ao observador perceber o fenômeno da reflexão do som em três níveis: eco, reverberação e reforço.

Reflexão do Som• t=intervalo de tempo para que o som que foi emitido pelo observador

e refletido seja recebido pelo mesmo.

t 0st

• Eco: ocorre quando t 0,1s. O observador ouve separadamente o som direto e o som refletido.

• Reverberação: ocorre quando t < 0,1s. Há um prolongamento da sensação auditiva.

• Reforço: ocorre quando t 0s. Há somente um aumento da intensidade sonora.

Freqüências Naturais e Ressonância

• Batendo-se numa das hastes do diapasão, as duas vibram com determinada freqüência (normalmente, 440Hz). Essa é a freqüência natural (ou própria) do diapasão.

diapasão

• Todos os corpos possuem uma freqüência própria (prédio, ponte, copo, etc.).

FREQÜÊNCIA AUDÍVEL

20 Hz20.000 Hz

Infra-som Ultra-somaudível

ALTURA: Diferencia sons graves (baixo) de sons agudos (alto).

Está relacionado a freqüência da onda

graveagudo

INTENSIDADE (VOLUME): Diferencia sons fortes de sons fracos.

Está relacionado a Amplitude da onda

Fraco Forte

Esta relacionado com a forma da onda.

TIMBRE: Diferencia sons de mesma altura, mesma intensidade tocados em instrumentos diferentes.

ECO: É a reflexão do som

O eco é uma consequência imediata da reflexão sonora. Define-se eco como a repetição de um som que chega ao ouvido por reflexão 1/15 de segundo ou mais depois do som direto. Considerando-se a velocidade do som em 345 m/s, o objeto que causa essa reflexão no som deve estar a uma distância de 23 m ou mais.

No ar a distância mínima para ocorrer eco é em torno de 17 m, pois:

tVD .Como D = 2.X e o tempo mínimo é de 0,1 s.

mx

x

17

01.3402

Cordas Vibrantes

-Instrumentos Musicais

- Corda fixa em seus extremos

- Propagação nas duas extremidades

- Modos de vibração

Tubos Sonoros

Fechados

Tubos Sonoros Abertos

BATIMENTOS

Duas oscilações(TONNNNN e TOoNNNNN) com pequena diferençanas suas freqüências quando somadas, produzem o fenômeno do: BATIMENTO!!! - TOINHoIINHIINHoIINHoIIII....!

TOINHoIIIII....!

TONNNNN.....

Toonnnnnn......

BATIMENTO

EFEITO DOPPLER

EFEITO DOPPLERQuando uma fonte se aproxima ou se afasta de um observador a frequência recebida não será igual a frequência real da fonte.

Observador(VO)

+-

Fonte(VF)

+-

).(´

F

o

vv

vvff

f` freqüência aparente (percebida pelo ouvinte)

f freqüência real da fonte

fontedavelocidadev

observadordovelocidadev

somdovelocidadev

F

o

Efeito Doppler-Fizeau : fonte parada

Efeito Doppler-Fizeau : fonte em movimento

Efeito Doppler-Fizeau : veloc. = veloc. som

Efeito Doppler-Fizeau : veloc. maior veloc. som

Quebra da barreira do som - Boom Acústico :

Ao se ultrapassar a barreira do som, é gerada uma onda de pressão sonora de alta intensidade, semelhante ao som de uma grande explosão. Se ocorrer próximo a cidades, pode ocasionar quebra de vidraças e telhas das residências.

Quebra da barreira do som - Boom Acústico :

Quebra da barreira do som - Boom Acústico :

Exercício para resolver e postar no moodle.

Mago da Física - Interferência, Ressonância e Batimentohttp://www.youtube.com/watch?v=UitcHO8PYt8 (assistir obrigatoriamente!)

http://ww2.unime.it/dipart/i_fismed/wbt/waves.php