Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Ciências
Ensino Fundamental, 9º AnoConceito de onda e som, destacando os aspectos
físicos, biológicos e tecnológicos
CIÊNCIAS, 9º ANOConceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos,biológicos e tecnológicos
Algumas curiosidades...
5. Por que, quando cai um raio, só ouvimos o trovão depois de certo tempo?
Mas antes de respondê-las, precisaremos conhecer alguns conceitos fundamentais da Física ...
2. Como é formada uma imagem numa ultrassonografia?
1. Como os morcegos conseguem localizar um inseto mesmo enxergando tão mal?
4. Como o sonar, que é tão fundamental na navegação ou localização, funciona?
3. Por que, quando uma ambulância se aproxima de nós com a sirene ligada, o som parece estar oscilando mais do que quando ela se afasta?
Imagem: Autor desconhecido / disponibilizado por Isis / Public domain.
Imagem: Autor Scott Sanchez / Public domain
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Um dos espetáculos mais famosos e incríveis durante as competições esportivas é a “ola” da torcida.
Ondas
Visto de longe, a impressão é que a massa humana se move toda para um lado das arquibancadas. Mas sabemos que isso não é verdade: cada torcedor se move na direção vertical, e apenas quando recebe o ‘sinal’, cada integrante da torcida responde à perturbação e, por assim dizer, ‘oscila’ em torno de sua posição de equilíbrio, de modo que o que se desloca na arquibancada não são os torcedores, mas o sinal ou perturbação.
Paul G. Hewitt. Física Conceitual, 9ª Edição.
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OndasAssim como as “olas”, as Ondas
são perturbações que se propagam em um meio. Na propagação APENAS A ENERGIA É TRANSPORTADA, não havendo transporte de matéria.
Imagem: Autor desconhecido / Disponibilizado por M.arunprasad / GNU Free Documentation License
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As ondas no cotidianoAs ondas estão sempre presentes nos mais diversos fenômenos e situações do cotidiano.
O reflexo de uma paisagem. Uma radiografia.O som de um violão.
Imagem: Meanos / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic
Imagem: Miguel303xm / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic
Imagem: Nevit Dilmen / GNU Free Documentation License
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Natureza das OndasAs Ondas podem ter natureza Mecânica ou EletromagnéticaOndas Mecânicas: Ondas que necessitam de um meio material para se propagarem. Resultam de deformações provocadas em meios elásticos. Transportam apenas energia mecânica. Ex.: Ondas em cordas, ondas na superfície de um líquido, ondas sonoras, ondas sísmicas, etc.
Imagem: Autor CK-12 Foundation / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
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Natureza das OndasOndas Eletromagnéticas: Ondas que NÃO necessitam de um meio material para se propagarem. Resultam de vibrações de cargas elétricas. Transportam “pacotes” de energia que são os Fótons ou Quanta de energia.
Ex.: Ondas luminosas (luz), ondas de rádio ou de TV, micro-ondas, raios X, etc.
Imagem: Autor Philip Ronan / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
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Tipos de OndasOndas Unidimensionais: Quando se propagam numa só direção (uma dimensão - 1d).
Ex.: Som se propagando numa linha, ondas em uma corda, etc.
Ondas Bidimensionais: Quando se propagam ao longo de um plano (duas dimensões – 2d).Ex.: Ondas na superfície da água.
Imagem: Autor Roger McLassus / GNU Free Documentation Licens
Imagem: Autor CK-12 Foundation / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
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Tipos de OndasOndas Tridimensionais: Quando se propagam em tosas as direções (três dimensões – 3d).Ex.: Ondas Sísmicas, ondas sonoras (SOM) no ar, etc.
epicentro
foco
falhaondas
Imagem: Autor Dollynarak / Public domain.
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Classificação das OndasOndas Transversais: Ondas em que a direção de vibração é PERPENDICULAR à de propagação.
Ondas Longitudinais: Ondas em que a direção de vibração é a MESMA que a de propagação.
Ex.: Ondas em uma corda, ondas eletromagnéticas, a “ola” comentada no início da aula, etc.
Ex.: Ondas sonoras (Som), onda em uma mola vertical sustentando um peso, etc.
Direção de vibração
Propagação
Direção de vibração
Propagação
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Componentes de uma Onda
Imagem: AnselmoLacerda / GNU Free Documentation License
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Fenômenos ondulatórios
As ondas que se propagam num meio material "batem" em obstáculos e "voltam" para esse mesmo meio sem sofrer perdas
consideráveis de energia.
Reflexão
A’A
obstáculo
ondas refletidas
ondas
incidentes
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Fenômenos ondulatórios
Quando a Onda passa de um meio para outro com propriedades distintas, mudando sua velocidade de propagação e comprimento de onda, mas mantendo constante sua frequência, sofre DESVIOS.
Refração
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Fenômenos ondulatóriosDifração
Capacidade que as ondas têm de contornar obstáculos que possuem a mesma ordem de grandeza de seu comprimento de onda, modificando sua direção de propagação.
Imagem: Autor Barakitty / GNU Free Documentation License
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Fenômenos ondulatórios
Polarizar uma onda significa ORIENTÁ-LA em uma única direção ou plano.
OBS.: A Polarização só ocorre com Ondas Transversais!
Polarização
Imagem: Efeito de um filtro polarizador em uma fotografia. A Foto da direita utiliza o filtro / PiccoloNamek / GNU Free Documentation License
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Fenômenos ondulatórios
Quando duas ou mais ondas que se propagam num meio se superpõem,
havendo uma “soma” de suas amplitudes.
Interferência
Imagem: Autor Sakurambo / Public domain
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1. Quando ocorre o encontro de duas cristas, ambas aumentam sua amplitude.
2. Quando dois vales se encontram sua amplitude é igualmente aumentada e os dois abaixam naquele ponto.
3. Quando um vale e uma crista se encontram, ambos irão querer puxar cada elevação para o seu lado. Se as amplitudes forem iguais, elas se cancelam (A = 0). Se diferentes, elas se subtraem.
Interferência
+ =
+ =
+ =
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Velocidade da OndaA velocidade de uma onda é a distância percorrida por uma onda por unidade de tempo. É a velocidade com que uma perturbação se propaga num determinado meio.
𝑣=𝜆𝑇
𝑣=𝜆 ∙ 𝑓 𝑜𝑢
𝒐𝒏𝒅𝒆 {𝒗≡𝑽𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆𝒅𝒂𝒐𝒏𝒅𝒂(𝒎/𝒔→𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒔𝒑𝒐𝒓 𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐𝒔)𝜆≡𝑪𝒐𝒎𝒑𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒅𝒆𝒐𝒏𝒅𝒂 (𝒎→𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒔 )𝒇 ≡𝑭𝒓𝒆𝒒𝒖 ê𝒏𝒄𝒊𝒂𝒅𝒂𝒐𝒏𝒅𝒂 (𝑯𝒛→𝒉𝒆𝒓𝒕𝒛 )𝑻≡𝑷𝒆𝒓 í 𝒐𝒅𝒐𝒅𝒂𝒐𝒏𝒅𝒂 (𝒔→𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐𝒔 )
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• O que é o som e como ele é produzido?• O som é a propagação de uma perturbação num meio mecânico.• Obs.: Os sons são Ondas
Mecânicas, Longitudinais e Tridimensionais.
Som
CIÊNCIAS, 9º ANOConceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos,biológicos e tecnológicosProduzindo uma onda
sonora
Diapasão
Regiões de Alta e Baixa Pressão
Imag
em: W
olls
chaf
/ G
NU
Fre
e D
ocum
enta
tion
Lice
nse
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Como ouvimos um som?
• As moléculas do ar junto à membrana do tímpano vibram, fazendo com que a membrana também comece a vibrar.
• A vibração do tímpano é transmitida ao sistema ósseo, constituído pelo martelo, bigorna e estribo (menores ossos do corpo humano), passando pelos canais semicirculares que fazem a ligação ao nervo auditivo.
• A vibração é convertida em impulso elétrico que é comunicado ao cérebro.
Imagem: Mike.lifeguard / GNU Free Documentation License
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Fenômenos sonorosPersistência auditiva: tempo que leva para deixarmos de perceber um som (0,1 s).
Eco: ocorre quando a pessoa percebe o som por ela emitido duas vezes distintas.
Reverberação: Em grandes salas fechadas, ocorre o encontro do som com as paredes. Esse encontro produz reflexões múltiplas que, além de reforçar o som, prolongam-no durante algum tempo depois de cessada a emissão.
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Algumas tirinhas interessantes
http://www.monica.com.br/comics/tirinhas/images/tira336.gif
http://www.monica.com.br/comics/tirinhas/images/tira147.gif
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A Frequência do Som
Infrassom: sons com frequências abaixo de 20 Hz. Ultrassom: sons com frequências acima de 20 KHz. Som audível: sons com frequências perceptíveis ao ser humano (20 Hz a 20 KHz).
Espectro Sonoro
20 00020 frequência
Ultra-sonsSons audíveisinfra-sons
Sons musicais
Sons desagra-dáveis
5 00
0
Imagens:(aranha) Autor johnny automatic / CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication; (orelha) Autor David Benbennick / GNU Free Documentation License; (morcego) Autor Ebaychatter0 / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication.
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Lembre: Sendo o som uma onda mecânica, ela não pode se propagar no vácuo!
Para refletir um pouco: As explosões no espaço são sempre mostradas nos cinemas acompanhadas de grandes estrondos. Isso acontece realmente? Ou seja, é possível ouvir o som de uma explosão no espaço?
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A Velocidade do SomA velocidade de propagação das ondas sonoras é
independente da fonte sonora, dependendo apenas da natureza do meio material elástico que vibra.
Como o som se propaga de molécula para molécula, então, QUANTO MAIOR A DENSIDADE do meio material em que o som se propaga, MAIOR A SUA VELOCIDADE nesse meio, visto que as moléculas estão mais próximas entre si, facilitando a propagação dessa perturbação.
Densidade Velocidade
Vsólido > Vlíquido > Vgasoso
Gasoso Líquido Sólido
Menor velocidade de propagação
Maior velocidade de propagação
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No ar, a 20 ºC, a velocidade do som é 343 m/s.
A Velocidade do Som
http://cfq8.wikispaces.com/file/view/Calvin_Velocidade_Som.png/31315839/Calvin_Velocidade_Som.png
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Qualidade que permite diferenciar um som agudo (alta frequência) de um som grave (baixa frequência).
Obs.2: As notas musicais possuem alturas sonoras diferentes, isto é, cada nota possui uma frequência característica.
Qualidades do Som
Altura do Som
Obs.1: A altura do som depende apenas da frequência da fonte emissora.
Frequência baixa – som grave Frequência baixa – som agudo
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Qualidade que permite diferenciar duas ondas sonoras de mesma altura e mesma intensidade, emitidos por fontes distintas. É a “Identidade do som”.
Qualidades do Som
Timbre do Som
Obs.: O timbre está relacionado à forma da onda emitida pelo instrumento.
Flauta Xilofone
Imagens: Autor desconhecido / disponibilizado por Cralize / GNU Free Documentation License.
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Qualidade que permite diferenciar um som forte de um som fraco.
Obs.: A intensidade do som está relacionada com a 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
Qualidades do Som
Intensidade do Som
Som forte
Som fraco
Am
plitu
de
Tempo
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É a intensidade sonora percebida ou detectada pelo sistema auditivo humano. É medida em decibel (dB).
Nível Sonoro 140
130
120
110
100
125
115
105
9095
8085
7075
60
65
50
55
40
45
3035
10
25155
0 Limiar da audição (dB)
Parque
Quarto
BibliotecaConversa
Trânsito intenso Escritório
Walkman Banda rock
Decolagem de um avião
Limiar da dor
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Entre 30 e 60 dB:
- distúrbios psíquicos de irritação;
- perda de atenção;
- em alguns casos: diminuição e perda da libido e da potência sexual.
Efeitos Fisiológicos do som
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Entre 60 e 90 dB:
- aceleração do ritmo
cardíaco;
- surgimento da fadiga.
- reações neurovegetativas;
- aumento da tensão arterial;
Efeitos Fisiológicos do som
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Acima de 90 dB os riscos são considerados críticos.
A partir de 140 dB podem produzir surdez irreversível, ainda que de curta duração.
Efeitos Fisiológicos do som
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Vamos Exercitar?
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Para responder(UNIRIO) Dois operários, A e B, estão parados no pátio de uma fábrica. Em certo instante, a sirene toca. O operário B ouve o som da sirene 1,5 s após o operário A tê-lo ouvido. Considerando a velocidade do som constante e de módulo 340 m/s, a distância, em metros, entre os dois operários é:
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Solução
?
340
5,1
d
smV
st
Dados Som
Som
𝒗 𝒔𝒐𝒎=𝒅
∆ 𝒕 𝒔𝒐𝒎⟹𝟑𝟒𝟎=
𝒅𝟏 ,𝟓
𝒅=𝟓𝟏𝟎𝒎
VSom
tSom
d
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ExtrasVÍDEOS DO YOUTUBEO Mundo de Beakman - O Som, Beakmania e Explosões S01EP8 Parte 1Link: http://www.youtube.com/watch?v=MoI_TL7C5cQ&feature=relatedDe onde vem a onda.Link: http://www.youtube.com/watch?v=yR0bIInBHhc SIMULAÇÃO COMPUTACIONALOnda numa cordaLink: http://phet.colorado.edu/sims/wave-on-a-string/wave-on-a-string_en.htmlSomLink: http://phet.colorado.edu/en/simulation/sound LABORATÓRIO VIRTUALFeira de CiênciasLink: http://www.feiradeciencias.com.br MÚSICAComo uma onda – Lulu SantosLink: http://letras.terra.com.br/lulu-santos/47132/ CURIOSIDADESom e o corpo humanoLink: http://www.feiradeciencias.com.br/sala10/10_51.asp EXPERIÊNCIAS/ EXPERIMENTOSProjete sua vozLink: http://www.feiradeciencias.com.br/sala10/10_54.asp
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Bibliografia• BENIGNO, Barreto Filho; XAVIER, Cláudio da Silva. Física aula por aula. 1. ed.
Vol. 02. São Paulo: Editora FTD, 2010.• GASPAR, Alberto. Compreendendo a Física. Vol. 02. São Paulo: Editora Ática,
2011. • GUALTER; HELOU; NEWTON. Física. Vol. 02. São Paulo: Editora Saraiva, 2011. • MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Curso de Física. 1. ed. Vol. 02. São
Paulo: Editora Scipione, 2011.• <http://educar.sc.usp.br> Acesso em 23/05/2012.• <http://pt.wikipedia.org> Acesso em 23/05/2012.• <http://www.ciencia-cultura.com/Pagina_Fis> Acesso em 23/05/2012.• <http://www.coladaweb.com/fisica> Acesso em 23/05/2012.• <http://www.fisica.ufs.br> Acesso em 23/05/2012.• <http://www.fisicafacil.pro.br> Acesso em 23/05/2012.• <http://www.if.ufrj.br> Acesso em 23/05/2012.• <http://www.infoescola.com/fisica> Acesso em 23/05/2012.• <http://www.mundoeducacao.com.br> Acesso em 23/05/2012.• <http://www.sofisica.com.br/conteudos> Acesso em 23/05/2012.
Tabela de Imagensn° do slide
direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso
2a Autor desconhecido / disponibilizado por
Isis / Public domain.http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eco.jpg 19/11/2012
2b Autor Scott Sanchez / Public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Red_Lights_and_Sirens.jpg
19/11/2012
4 Autor desconhecido / Disponibilizado por M.arunprasad / GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Arun_image30.jpg
30/10/2012
5.a Meanos / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bend_guitar.jpg
30/10/2012
5.b Miguel303xm / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Circo_y_cima_de_Pe%C3%B1alara1.JPG
30/10/2012
5.c Nevit Dilmen / GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Medical_X-Ray_imaging_MPM06_nevit.jpg
30/10/2012
6, 8a Autor CK-12 Foundation / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wave_in_a_rope.png
19/11/2012
7 Autor Philip Ronan / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:EM_spectrum_es.svg
19/11/2012
8b Autor Roger McLassus / GNU Free Documentation Licens
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:2006-01-14_Surface_waves.jpg?uselang=pt-br
19/11/2012
Tabela de Imagensn° do slide
direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso
9 Autor Dollynarak / Public domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/
File:Epicenter.gif19/11/2012
11 AnselmoLacerda / GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Onda.png 30/10/2012
14 Autor Barakitty / GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diffraction_of_laser_beam_on_grating.JPG
15 Efeito de um filtro polarizador em uma fotografia. A Foto da direita utiliza o filtro / PiccoloNamek / GNU Free Documentation License
http://en.wikipedia.org/wiki/File:CircularPolarizer.jpg 30/10/2012
16 Autor Sakurambo / Public domain http://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:Young_diffraction.svg&page=1
19/11/2012
20 Wollschaf / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stimmgabel.jpg
30/10/2012
21 Mike.lifeguard / GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:Anatomia_do_Ouvido_Humano.svg&page=1
30/10/2012
24a (aranha) Autor johnny automatic / CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Brown_spider.svg
19/11/2012
24b (orelha) Autor David Benbennick / GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ear.jpg 19/11/2012
Tabela de Imagensn° do slide
direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso
24c (morcego) Autor Ebaychatter0 / Creative
Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bat_icon.svg?uselang=pt-br
19/11/2012
29a Autor desconhecido / disponibilizado por Cralize / GNU Free Documentation License.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Onda_flauta.png
19/11/2012
29b Autor desconhecido / disponibilizado por Cralize / GNU Free Documentation License.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Onda_xilofone.png
19/11/2012