Física I (FIS130) (2011) Aula 12 – Ondas e Vibrações Prof. José Garcia Vivas Miranda...

Física I (FIS130)

(2011)Aula 12 – Ondas e Vibrações

Prof. José Garcia Vivas Miranda

vivas@ufba.br

Capítulo 19 – Vibrações e Ondas

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

O que é uma vibração?

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

É tudo aquilo que vai para frente e para traz, ou para um lado e outro, ou para cima e para baixo, ou para dentro e fora, etc...

É uma oscilação em função do tempo!

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

O que é uma onda?

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

É uma oscilação em função do tempo e do espaço.

A luz e o som, são vibrações que se propagam no espaço através de uma onda.

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Qual a diferença entre as ondas de luz e do som?

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

As ondas sonoras precisam de um meio material para se propagar, a luz não!!!

Se não há matéria não há som!Há luz apesar da matéria!

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

A luz é uma vibração de campos elétrico e magnético – vibração apenas de energia.

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

A forma mais simples de vibração que podemos estudar é o pêndulo simples.

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Período de um pêndulo depende apenas do seu comprimento e de g.Não depende da massa.

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Pequenas diferenças no período podem ser usada para detectar flutuações em g, como a causada por alterações na densidade em grandes volumes de massa.Ex.: Petróleo

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Relação entre o período e o comprimento de um pêndulo simples para pequenas oscilações é:

Onde T=período e L = comprimento

gL

T 2

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Descrição do MHS

CVMOB

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Descrição do MHS

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Descrição do MHS

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Descrição do MHS

1 Hz = uma oscilação por segundo

periodofrequência

1

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Qual a freqüência de vibração por segundo e período de uma onda da radio 106.1 MHz?

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Descrição do MHS II

Comprimento de onda não é o mesmo que período!Comprimento de onda, , tem unidades de distância.Período, T, tem unidades de tempo.

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Em uma onda o que se propaga é a perturbação e não matéria!!

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Rapidez de uma onda.

Se um trem com vagões de carga passa por você a uma freqüência de 3 vagões por segundo. Qual a velocidade do trem? (Cada vagão tem 10 metros)

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Rapidez de uma onda.

A rapidez de uma onda é dada pela distância entre cristas dividida pelo tempo:

Tv

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Equação de onda.Onda senoidal:

)vtx(senA)t,x(y

2

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Ondas longitudinais – Direção de propagação = direção de oscilação.

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Ondas longitudinais – e o interior da Terra

Ondas:S = Transversais (apenas em sólidos)P = Longitudinais (Sólidos e fluidos)

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Princípio de Superposição

)t,x(y)t,x(y)t,x(y 21 Reforço Cancelament

o

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Efeito Doppler

Quando a fonte emissora está em movimento existe uma quebra de simetria.

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Efeito Doppler

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Efeito Doppler e o Big bang.

Capítulo 19-Vibrações e Ondas

Ondas de choque

Capítulo 20 - SOM

O que é SOM?

Capítulo 20 - SOM

Natureza do SOM no Ar

Capítulo 20- SOM

Ondas longitudinais

Capítulo 20 - SOM

Quais meios transmitem SOM?

Capítulo 20 - SOM

Quais meios transmitem SOM?

R.: Qualquer meio elástico! Seja liquido, gasoso, sólido ou plasma.

O que é elasticidade?“Tudo que vai e volta”

Capítulo 20 - SOM

Quais meios NÃO transmitem SOM?

Capítulo 20 - SOM

Quais meios NÃO transmitem SOM?

R.: Qualquer meio INelástico! Seja liquido, gasoso, sólido ou plasma.

O que é INelasticidade?“Tudo que vai e NÃO volta”Ex.: Massa de modelar, Massa de vidraceiro.

Capítulo 20 - SOM

Quais meios NÃO transmitem SOM?

R.: Qualquer meio INelástico! Seja liquido, gasoso, sólido ou plasma.

O que é INelasticidade?“Tudo que vai e NÃO volta”

Capítulo 20 - SOM

Isolamento Acústico

Câmaras acústicasAbsorve a energia sonora.

A Frequência do SomUltra-sons: Sons com frequências muito elevadas, superiores a 20000 Hz, que o ouvido humano não consegue ouvir.

Sons audíveis: Para os seres humanos - sons de frequência compreendida entre os 20 Hz e os 20 000 Hz. 

Infra-sons - sons de frequência de 0 a 20 Hz (não audíveis). Estes sons provocam náuseas e perturbações intestinais.

Características do SomOs sons caracterizam-se através de 3 parâmetros:

• INTENSIDADE: Se considerarmos sons da mesma frequência, então vemos que a intensidade de um som está relacionada com a amplitude de vibração da onda sonora. Quanto maior a amplitude, mais intenso é o som.

• ALTURA: É simplesmente a frequência da onda.

O agudo e o grave estãorelacionado com a freqüência.

Diapasão

Flauta

Violino

Voz (letra a)

Clarineta

• TIMBRE: Caracteriza sons mais complexos, constituídos por vários harmônicos. É a característica que nos permite identificar os diferentes instrumentos produtores de sons.

Quando algum objeto vibra de forma completamente desordenada, dizemos que o som produzido por esta vibração é um RUÍDO, como por exemplo o barulho de uma explosão, um trovão e um vulcão em erupção.

A diferença entre os sons musicais e o trovão é que nos instrumentos musicais utilizamos apenas algumas dentre as inúmeras freqüências possíveis, que foram estabelecidas por convenção, constituíndo-se nas NOTAS MUSICAIS.

Música e Ruído

Capítulo 20 - SOM

A velocidade do SOM

No ar: depende da temperatura e umidade. A cada grau a velocidade aumenta 0.6m/s

No Sólido: depende da densidade.velocidade média do som em diversos materiais, em m/s.

Capítulo 20 - SOM

Reflexão do SOM

Eco = Som refletido A fração de energia refletida será maior quão menor forem as irregularidades da superfície.

Ângulo de incidência será o mesmo de reflexão

Capítulo 20 - SOM

A que distância ocorre o eco?

Considere a faixa de percepção auditiva entre dois sons de 0.1 segundo.

Capítulo 20 - SOM

A reverberação do SOM

Múltiplas reflexões do som podem se recombinar com novas emissões sonoras.

Por outro lado caso seja totalmente absorvido o som será abafado e sem vida.

Capítulo 20 - SOM

O equilíbrio entre reverberação e absorção é essencial em um projeto acústico.

Capítulo 20 - SOM

A refração do SOM

As ondas sonoras fazem curvas quando partes diferentes da frente de onde se propagam com velocidades diferentes.

Capítulo 20 - SOM

A refração do SOM

Intensidade do Som

A intensidade do som é definida como a energia que a onda sonora transporta por unidade de tempo por unidade de área.

Capítulo 20 - SOM

Intensidade das ondas sonoras

As ondas sonoras tem baixa energia.

P=potência da fonte emissoraA=ÁreaUm pessoa gritando pode chegar a 40W

AP

I

O intervalo de intensidade a que o ser humano é sensível é muito elevada, por este motivo, se adota uma escala logarítmica para as intensidades do som.

Onde representa o nível de intensidade sonora.

I0 é uma intensidade de referência, perto do limiar de audição humana 1000 Hz. O número 10 ajusta o fator para a variação mínima perceptível pelo ouvido humano.

A escala Decibel

A escala Decibel

A escala Decibel

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

diapasão

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

Frequências Naturais e Ressonância

Exemplo de Ressonância

A ponte de Tacoma Narrows entrou em ressonância, provocada pela vibração dos cabos metálicos existentes em sua estrutura. Suas amplitudes de oscilação aumentaram a ponto de provocar sua ruína.