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ACÚSTICAACÚSTICA
O que você deve saber sobre
O aparelho auditivo humano é capaz de distinguir um amplo espectro de frequências e captar sons de intensidade muito variada. Porém, a vida em grandes centros urbanos e o uso inadequado de aparelhos portáteis de som têm provocado um crescente contingente de indivíduos com problemas permanentes de audição. Vamos revisar o efeito Doppler, que é muito importante para a cosmologia – pois sugere a expansão do universo a partir de um único evento (big bang) – e tem ampla aplicação na medicina.
ACÚSTICA
I. Ondas sonoras
São ondas mecânicas, ou seja, que necessitam de um meio para se propagar. Devido à sua natureza longitudinal, ocorrem zonas alternadas de compressão e de rarefação das moléculas do meio.
II. Propriedades fisiológicas do som
• Altura: está relacionada à frequência do som.
• Intensidade (I): é definida como a razão entre a potência P de uma onda sonora e a área A atravessada por ela:
ACÚSTICA
II. Propriedades fisiológicas do som
• Menor intensidade captada por uma orelha humana normal (limiar de audibilidade): I0 = 1 . 10-12 W/m2.
• Intensidade máxima suportável (limiar de dor): I = 1 W/m2. O logaritmo da razão entre duas intensidades I e I0 é conhecido como
nível sonoro. Na escala mais comum, o decibel (dB), temos:
Níveis sonoros exemplificados por ruídos do cotidiano
ACÚSTICA
Timbre: permite diferenciar o emissor de um som, mesmo que diversas fontes emitam simultaneamente sons de mesma altura e intensidade.
Os timbres dos vários instrumentos e da voz humana são diferentes porque são constituídos por misturasde frequências.
II. Propriedades fisiológicas do som
ACÚSTICA
III. Fenômenos ondulatórios
Reflexão do som
O cérebro humano tem persistência acústica de cerca de 0,1 s: se dois sons chegarem à orelha num intervalo de tempo menor que esse, a pessoa não será capaz de distingui-los. O som refletido é chamado de:
• eco: o tempo de reflexão é superior a 0,1 s. O indivíduo ouve o som emitido e o som refletido separadamente.
• reverberação: o tempo é ligeiramente inferior a 0,1 s. A sensação do som emitido está começando a desaparecer quando ele é reforçado pelo som refletido. O indivíduo interpreta o som original como tendo duração ampliada.
• reforço: o tempo é bem inferior a 0,1 s. O organismo não distingue os sons, interpretando-os como um som único, de intensidade maior.
ACÚSTICA
Difração do som
O som consegue contornar uma abertura (ou obstáculo), desde que as dimensões dessa abertura sejam próximas do comprimento da onda sonora. No ar, respeitando-se o espectro de frequências audíveis, essas dimensões situam-se entre 1,7 cm e 17 m.
III. Fenômenos ondulatórios
ACÚSTICA
Interferência sonora
Ocorre quando duas ondas sonoras se
superpõem. Se têm mesma amplitude e frequências muito próximas, ocorre o chamado batimento.
III. Fenômenos ondulatórios
As ondas vermelhas e azuis têm amplitude e frequências muito próximas. Quando combinadas,
geram as ondas em magenta, que batem ou pulsam. Observe as regiões de interferência destrutiva, em que
a amplitude é praticamente zero, e as regiões de interferência construtiva, com uma amplitude que é
praticamente o dobro da inicial.
A frequência da onda resultante do batimento depende das frequências das ondas originais:
ACÚSTICA
Ressonância
Toda fonte oscilante possui uma frequência de vibração natural (ou própria). Se essa fonte receber estímulos de frequência similar à natural, a amplitude de vibração pode aumentar, o que caracteriza a ressonância. Se o aumento for drástico, o material pode se romper.
III. Fenômenos ondulatórios
ACÚSTICA
LEV
EN
T K
ON
UK
/SH
UTTER
STO
CK
IV. Cordas vibrantes
Ondas estacionárias
Se aplicarmos um pulso numa corda fixa nas duas extremidades, a onda se propaga em ambas as direções, se reflete e retorna, provocando interferência.
As ondas estacionárias apresentam uma forma característica em gomo. São infinitos harmônicos, e cada um
apresenta um gomo a mais que o harmônico precedente.
Para o n-ésimo modo de vibração, valem as expressões:
ACÚSTICA
OndasClique na imagem para ver a animação.
ACÚSTICA
V. Efeito Doppler
Fenômeno segundo o qual a frequência do som ouvida pelo observador é diferente da emitida pela fonte, devido ao movimento relativo entre eles.
A frequência percebida pelo observador muda porque as frentes de onda se aproximam na direção do movimento. Ela obedece à seguinte expressão:
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Tubos sonoros
ACÚSTICA
V. Efeito Doppler
Num tubo aberto, todos os harmônicos são possíveis, e as expressões delessão totalmente análogas às usadas nas cordas vibrantes e definidas por:
Tubos sonoros
V. Efeito Doppler
Em tubos fechados, apenas os harmônicos ímpares são permitidos.No caso deles, vale a relação:
A variável i assume valores da sequência dos números ímpares {1,3,5,...}
ACÚSTICA
(UFPR)
Identifique uma propriedade característica do som dentre as propostas a seguir:a) propaga-se no vácuo com a mesma velocidade que a luz.b) tem velocidade de 340 m/s, qualquer que seja o meio.c) tem o mesmo comprimento de onda, qualquer que seja o meio.d) necessita de um meio material para se propagar.e) não se propaga no ar.
RESPOSTA: DO som é uma onda mecânica e, portanto, necessita de um meio material para se propagar (por exemplo, o ar).
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ACÚSTICA – NO VESTIBULAR
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(PUC-SP) O ouvido humano é capaz de perceber som, isto é, ondas mecânicas de frequências entre 20 Hz e 20.000 Hz. Entretanto, sabe-se que alguns animais são capazes de perceber som em frequências acima de 20.000 Hz. Os cães, por exemplo, detectam sons de até 50.000 Hz. Nota: A nomenclatura atual sugere que se use o termo orelha em vez de ouvido.
Desta forma, se um apito produzir ondas mecânicas no ar, de comprimento igual a 10 mm, quem as ouve? (Uma pessoa ou um cão?) Adote vsom = 340 m/s.
RESPOSTA:Sabendo que x = 10 mm = 0,01 m, pela equação fundamental da ondulatória temos:v = λf 340 = 0,01 . ff = 34.000 HzComo f > 20.000 Hz, o ser humano não é capaz de ouvir esse som. Mas como f < 50.000 Hz, os cães o ouvem.
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ACÚSTICA – NO VESTIBULAR
(Fuvest-SP) Uma corda de violão tem 0,60 m de comprimento. Os três maiores comprimentos de onda que geram onda estacionária nesta corda são respectivamente:
a) 1,20 m; 0,60 m e 0,40 m.b) 1,20 m; 0,60 m e 0,30 m.c) 0,60 m; 0,30 m e 0,20 m.d) 0,60 m; 0,30 m e 0,15 m.e) 0,60 m; 0,20 m e 0,12 m.
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RESPOSTA: A
ACÚSTICA – NO VESTIBULAR
(UFPR) Uma das extremidades de um fio está presa a um diapasão elétrico, e a outra extremidade está presa a um peso de 3 N, que mantém o fio esticado. Quando o diapasão vibra com uma determinada frequência constante, o fio apresenta a configuração do 3º harmônico, como mostra o esquema a seguir:
Sabendo-se que o comprimento do fio vibrante é = 1,0 m e que sua densidade linear é μ = 3,0 ∙ 10-4 kg/m, deduzimos que a frequência do diapasão, nestas circunstâncias, é de:a) 50 Hz.b) 75 Hz.c) 100 Hz.d) 125 Hz.e) 150 Hz.
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RESPOSTA: E
ACÚSTICA – NO VESTIBULAR
(FEI-SP) Uma fonte sonora, em repouso, emite som com frequência de 1.000 Hz, no ar.
Para que uma pessoa perceba esse som com uma frequência de 1.200 Hz, ela deve aproximar-se da fonte com uma velocidade, em m/s, igual a:a) 34. b) 68. c) 170. d) 340.e) 408.Dado: velocidade do som no ar = 340 m/s.
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RESPOSTA: B
ACÚSTICA – NO VESTIBULAR
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