Biofísica Audição

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Fsica para Cincias Biolgicas 2010/1

Carolina Motta de Mello Faculdade So Loureno

O que uma onda?

Ondas na superfcie da gua

Em uma onda h transporte de energia de um ponto para o outro do meio sem que haja transporte de matria entre esses pontos.

O que o som?So ondas mecnicas que se propagam com velocidades diferentes por onde passam: AR= 340 m/s = 1224 km/h GUA= 1.500 m/s = 5400 km/h FERRO= 5.000 m/s = 18000 km/h

Ondas Transversais e Ondas Longitudinais

Ondas transversais

Ondas luminosas!

Ondas Sonoras LongitudinaisAs ondas sonoras so produzidas pela deformao de um meio, causadas por diferenas de presso. Para propagao das ondas sonoras necessitamos de um meio material, lquido, slido ou gasoso. No h propagao de ondas sonoras no vcuo. Os sons so, na sua maioria, produzidos pela vibrao de objetos slidos, como o diafragma de um alto-falante de uma caixa de som. Quando o diafragma se movimenta para fora da caixa acstica cria uma regio de alta presso, devido compresso do ar que est prximo ao diafragma. Da maneira similar, ocorre uma rarefao, quando o diafragma se volta para dentro da caixa. A figura abaixo ilustra a produo de som pelo alto-falante.

Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html

wfdaj.sites.uol.com.br

BIOFSICA

OndasCaracterizamos as ondas mecnicas peridicas, ou simplesmente, ondas peridicas, pela oscilao dos tomos e molculas que compe o meio, onde a onda se propaga. A freqncia da onda (f) a freqncia de oscilao do tomos e molculas do meio. O perodo, T = 1 / f, o tempo que leva para um tomo ou molcula particular passar por um ciclo completo do movimento de oscilao. O comprimento de onda () a distncia, entre dois tomos, que oscilam em fase, ao longo da direo de propagao da onda mecnica.

Amplitude

{

Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas1/ondulatorio.html

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Sensao sonora ao ouvido humanoA sensao sonora (o som) estimulada em nossos ouvidos por uma onda longitudinal cuja freqncia est compreendida, aproximadament e, entre, 20 hertz

Infra-som: Onda longitudinal com freqncia inferior a 20 hertz. Exemplos: Elefantes e pombo-correio. Ultra-som: Onda longitudinal com freqncia superior a 20.000 hertz. Exemplos: Ces e morcegos.

Infrasom e ultra-som

Meios de propagao do somNo vcuo, o som no poder se propagar. O meio pode ser slido, lquido ou gasoso.

Velocidade do SomA velocidade com que a onda sonora se propaga varia de um meio para o outro.

Ondas SonorasQuando as variaes de presso chegam s nossas orelhas, os tmpanos so levados a vibrar, causando a sensao fisiolgica do som. Uma pessoa com audio normal consegue ouvir uma faixa de freqncias que varia aproximadamente entre 20 e 20000 Hz. Ondas que apresentam freqncias abaixo de 20 Hz so chamadas de infra-snicas. Ondas com freqncias acima de 20000 Hz so chamadas ultra-snicas.

Decibel Para medimos a intensidade de um som usamos uma escala logartmica chamada de decibel. Ela uma razo entre valores, com um valor de referncia. A intensidade do som no limiar da audibilidade, I0, 10 -12 W/m2. A intensidade som indica o fluxo da potncia acstica sobre uma dada rea. A equao para decibel da seguinte forma:

10 log10(I/I0) dB

Como exemplo vamos determinar a intensidade de um rudo na escala de decibis. Consideremos o rudo de um discurso, que tem intensidade I = 10-6 W/m2. Soluo: Valor em dB = 10 . Log10(10-6/10-12) = 10.Log10(106) = 6.10 = 60 dB

Ondas Transversas e LongitudinaisQuando o deslocamento dos tomos ou molculas for perpendicular direo em que a onda est viajando, chamamos a onda de transversa, como na animao abaixo.

Para o deslocamento dos tomos ou molculas coincidente com a direo de propagao, temos ondas longitudinais ou de compresso. Ondas transversas s podem ocorrer em meios slidos, as ondas longitudinais em meios slidos, lquidos e gasosos. Nas animaes abaixo temos dois exemplos de onda longitudinal.

Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas1/ondulatorio.html

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InterfernciaQuando temos duas ou mais ondas, viajando no mesmo meio independentemente, podemos ter situaes onde elas passam uma atravs da outra. Temos a soma das ondas, que pode resultar numa interferncia construtiva, as amplitudes das ondas somam-se, como na figura abaixo.

Tempo = 0

Tempo = 1

Tempo = 2

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InterfernciaOutra situao de interferncia entre ondas a destrutiva, o mximo de uma onda coincide com o mnimo de outra onda, igual em amplitude, mas com sinais diferentes, no local do encontro teremos amplitude zero, como na figura abaixo.

Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas1/ondulatorio.html

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InterfernciaPodemos estender o conceito de interferncia para dimenses maiores, como na interferncia de duas ondas circulares em lago. Nesse caso o padro de interferncia resulta da superposio dos mximos e mnimos da onda em determinados pontos, como mostra a figura abaixo.

Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas1/ondulatorio.html

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Reflexo e Transmisso de OndasOndas mecnicas ao chocarem com objetos sofrem reflexo. Na figura abaixo vemos uma onda em uma corda chocando-se sobre uma parede, onde possui uma extremidade presa. A corda na parte da onda que chega parede exerce uma fora para cima sobre a mesma. Pela terceira lei de Newton, a parede exerce uma fora igual e para baixo sobre a corda, invertendo a amplitude da onda, e enviando para trs um pulso igual e invertido."Toda ao provoca uma reao de igual intensidade, mesma direo e em sentido contrrio"

Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas1/ondulatorio.html

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Reflexo e Transmisso de OndasNo caso onde a corda no estiver fixa na parede o pulso de onda retorna a partir do extremo aberto, no havendo inverso do mesmo, pois no existe fora exercida neste extremo. A figura abaixo mostra essa situao.

Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas1/ondulatorio.html

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Ondas SonorasAs ondas sonoras so produzidas pela deformao de um meio, causadas por diferenas de presso. Para propagao das ondas sonoras necessitamos de um meio material, lquido, slido ou gasoso. No h propagao de ondas sonoras no vcuo. Os sons so, na sua maioria, produzidos pela vibrao de objetos slidos, como o diafragma de um alto-falante de uma caixa de som. Quando o diafragma se movimenta para fora da caixa acstica cria uma regio de alta presso, devido compresso do ar que est prximo ao diafragma. Da maneira similar, ocorre uma rarefao, quando o diafragma se volta para dentro da caixa. A figura abaixo ilustra a produo de som pelo alto-falante.

Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html

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Ondas SonorasQuando as variaes de presso chegam s nossas orelhas, os tmpanos so levados a vibrar, causando a sensao fisiolgica do som. Uma pessoa com audio normal consegue ouvir uma faixa de freqncias que varia aproximadamente entre 20 e 20000 Hz. Ondas que apresentam freqncias abaixo de 20 Hz so chamadas de infra-snicas. Ondas com freqncias acima de 20000 Hz so chamadas ultrasnicas.

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Ondas Sonoras O som uma srie de ondas de compresso trafegam pelo ar Compresso do ar Seguida de relaxamento

DecibelPara medimos a intensidade de um som usamos uma escala logartmica chamada de decibel. Ela uma razo entre valores, com um valor de referncia. A intensidade do som no limiar da audibilidade, I0, 10 -12 W/m2. A intensidade som indica o fluxo da potncia acstica sobre uma dada rea. A equao para decibel da seguinte forma:

10 log10(I/I0) dBComo exemplo vamos determinar a intensidade de um rudo na escala de decibis. Consideremos o rudo de um discurso, que tem intensidade I = 10-6 W/m2. Soluo: Valor em dB = 10 . Log10(10-6/10-12) = 10.Log10(106) = 6.10 = 60 dB

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DecibelConsideremos agora o rudo de um avio a jato, que tem intensidade aproximada de I = 1 W/m2. Soluo: Valor em dB = 10 . Log10(1/10-12) = 10.Log10(1012) = 12.10 = 120 dB

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DecibelNa figura abaixo a linha superior indica o limiar da dor, a diferentes frequncias. A linha inferior o limiar da audibilidade. Se o nmedo de dB - decibis - aumentar de 10 dB, o som duas vezes mais alto! Numa linguagem popular dizemos que isto o mesmo que passar um auto-falante de 100 Watts para 1000 Watts. A mudana 10 dB, ou duas vezes mais alto.

Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html

Sistema AuditivoOs sistemas auditivos usam mecanorreceptores para converter ondas sonoras em potenciais de ao. Na audio humana as ondas sonoras so captadas pelo pavilho da orelha, que as direciona para o interior do meato auditivo externo (canal), que ento, as conduz para a orelha mdia e interna.orelha externa orelha orelha interna mdia

tuba auditivaFonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html

Sistema AuditivoA membrana timpnica, ou simplesmente tmpano, recobre a extremidade proximal do meato auditivo externo. As ondas sonoras, ao atingir a membrana timpnica, levam-na a vibrar. Seguindo-se o tmpano temos a orelha mdia, que apresenta ligao com a nasofaringe por meio da tuba auditiva.orelha externa orelha orelha interna mdia

tuba auditivaFonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html

Sistema AuditivoNa orelha mdia encontram-se os ossos auditivos: estribo, bigorna e martelo. Esses ossos transmitem a vibrao sonora para uma membrana flexvel, chamada janela oval. Atrs da janela oval temos a orelha interna. A vibrao da janela oval resulta em variaes de presso no lquido encontrado no interior da orelha interna. As ondas mecnicas, que propagam-se no lquido no interior da cclea, sero convertidas em potenciais de ao, que levaro a informao auditiva ao crebro.orelha externa orelha orelha interna mdia

tuba auditivaFonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html

Passo-a-passo!!! Ondas sonoras atingem membrana timpnica Faz esta membrana vibrar vibra os ossculos: martelo bigorna estribo (j que esto todos articulados) Estribo move em vaivm contra a janela oval da cclea som emitido para o lquido coclear Este mecanismo amplia em at 22 vezes a presso = possibilita que o lquido coclear seja deslocado para frente e para trs.

Sistema Auditivo

Fonte: Purves et al., Vida A cincia da Biologia. 6a. Ed. Artmed editora, 2002 (pg. 802).

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Transmisso osso craniano cclea A cclea est situada em uma cmera ssea no interior do osso temporal do crnio Qualquer vibrao do crnio produz vibrao do lquido da cclea

Sistema Auditivo

Fonte: Purves et al., Vida A cincia da Biologia. 6a. Ed. Artmed editora, 2002 (pg. 803).

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Funo da Cclea Sobre a membrana basilar, temos o orgo de Corti (parte da cclea receptora do som Este orgo possui clulas receptoras (clulas ciliadas) que convertem as vibraes sonoras em sinais neurais

Som na Cclea Frequncia da vibrao (tenso+massa) determinam efeitos de ressonncia dentro da cclea cada frequncia do som atinge regio especfica da membrana basilar (onde existe o orgo de Corti)

Converso das ondas sonoras em sinais neurais Orgo de corti possui - uma fileira de clulas ciliadas internas - 4 fileiras de clulas ciliadas externas

Converso das ondas sonoras em sinais neurais As bases e os lados das clulas ciliadas esto cercados por terminaes nervosas cocleares Terminaes conduzem ao gnglio espiral de Corti, que: Envia axnios para nervo coclear onde h conexo com SNC, destinado parte superior do bulbo

Converso das ondas sonoras em sinais neurais Curvatura dos clios, estimula a clula ciliada excita fibras nervosas que fazem sinpse com sua base.

Concluses Sons graves (baixa frequncia) ativam membrana basilar prxima ao pice da cclea Sons agudos (frequncia alta) ativam membrana basilar prxima base da cclea Organizao espacial das fibras nervosas desde a cclea at variadas partes do tronco enceflico e crtex cerebral. Neurnios distintos so ativados por alturas definidas de som.

Surdez Surdez de conduo Incapacidade de conduo sonora desde a membrana timpnica at a cclea Surdez neural incapacidade dos sinais auditivos em atingirem o crtex auditivo