FÍSICA

Professor: Alexandre Vicentini

Universidade Estadual do Centro-Oeste (Unicentro)

Curso Pré-Vestibular

19o Dia

(12/08/2019)

Universidade Estadual do Centro-Oeste (Unicentro)

Curso Pré-Vestibular

Acústica

Acústica

Estuda as fontes das ondas sonoras e os fenômenos ondulatórios que

podem ocorrer durante a propagação dessas ondas.

Figura 1

Ondas Sonoras

Ondas Sonoras

A onda sonora é uma onda mecânica, tridimensional, longitudinal que

consiste na alternância regular de pressão num meio elástico (sólido,

líquido, gasoso ou um plasma).

𝒐 𝒔𝒐𝒎 𝒏ã𝒐 𝒔𝒆 𝒑𝒓𝒐𝒑𝒂𝒈𝒂 𝒏𝒐 𝒗á𝒄𝒖𝒐

𝒗𝒔𝒐𝒎(𝒂𝒓) ≅ 340 m/s

𝒗𝒔𝒐𝒎(𝒔ó𝒍𝒊𝒅𝒐𝒔) > 𝒗𝒔𝒐𝒎(𝒍í𝒒𝒖𝒊𝒅𝒐𝒔) > 𝒗𝒔𝒐𝒎(𝒈𝒂𝒔𝒆𝒔)

𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒐 𝒔𝒐𝒎 𝒂𝒖𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒄𝒐𝒎 𝒂 𝒕𝒆𝒎𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂 e não depende da

pressão do gás Figura 2

Frequência Audível

A faixa média de frequências audíveis para um ouvido humano normal

varia de 20 Hz a 20.000 Hz.

Figura 3

Qualidades fisiológicas do

som

Altura do som

A altura do som está relacionada com sua frequência, ou seja, a altura

(tom) é a qualidade do som que permite ao ouvido distinguir um som

grave (baixa frequência) de um som agudo (alta frequência).

𝑓 = frequência [Hz]

Intervalo Acústico

i = f1

f2f2 > f1

𝐬𝐞 f2 > 2f1 → i = 2 (uma oitava)

i = intervalo acústico

Intensidade

É a característica do som que nos permite distinguir um som forte de um

som fraco e está relacionada com a energia transportada pela onda

que,

I = P

A

Figura 4I = intensidade [W/m2]

P = potência [W]

A = área [m2]

Intensidade Sonora

A intensidade sonora está associada àquilo que nós comumente

chamamos de volume.

I = Potência

ÁreaI =

Potência

4π𝑟2

𝐏 ∝ 𝐀𝟐

𝐈𝟎 = 𝟏𝟎−𝟏𝟐 w/𝒎𝟐 (limiar da audição) Figura 5r = distância até a fonte [m]

Nível Sonoro (N)

Mede a intensidade sonora percebida ou detectada pelo sistema

auditivo humano.

O nível sonoro relativo (𝛽) relaciona a intensidade sonora de um som

com a intensidade sonora do som mais fraco que conseguimos ouvir.

𝛽 = 10 logI

I0

𝛽 ≥ 𝟖𝟓 𝐝𝐁 (danos fisiológicos)

𝛽 = nível sonoro relativo [dB]

I = intensidade sonora de um som [W/m2]

I0 = intensidade sonora de referencia [W/m2]

𝛽 > 𝟏𝟐𝟎 𝐝𝐁 (limiar da dor)

Timbre

O timbre é uma qualidade sonora que permite distinguir dois sons de

mesma altura (mesma frequência) e mesma intensidade, emitidos por

instrumentos diferentes.

Figura 6

Exercícios

Cordas Vibrantes

Cordas Vibrantes

A velocidade de propagação de uma onda numa corda utilizando a

equação conhecida como Fórmula de Taylor.

𝑣 = T

μμ =

m

L

𝑣 = velocidade [m/s]

T = força tensora [N]

𝜇 = densidade linear [kg/m]

L = comprimento [m]

𝑚 = massa [kg]

Cordas Vibrantes

Os harmônicos de uma corda vibrante são as várias possíveis frequências

naturais das ondas estacionárias que surgem em cordas tensas.

Figura 7

𝜆 = comprimento de onda [m]

𝑓 = frequência [Hz]

L = comprimento da corda [m]

Tubos Sonoros

Tubos Sonoros Abertos

Ambas as extremidades são abertas, em cada uma delas devemos ter

ventres.

Figura 8

𝜆 = comprimento de onda [m]

𝑓 = frequência [Hz]

L = comprimento do tubo [m]

Tubos Sonoros Fechados

Devido às configurações (simetria) das ondas em seu interior, tubos

fechados só fornecem harmônicos ímpares.

Figura 9

𝜆 = comprimento de onda [m]

𝑓 = frequência [Hz]

L = comprimento do tubo [m]

Exercícios

Fenômenos Sonoros

Difração

Difração: consiste no fato de que, ao se propagar, um onda pode

contornar obstáculos

Ocorre com quando os obstáculos atingidos apresentam dimensões

inferiores às do comprimento de onda ou, pelo menos, da mesma

ordem de grandeza (variando de aproximadamente 17 mm até 17 m)

encontra grande facilidade .para se difratar

Figura 10

Reflexão de uma Onda

Reflexão: ocorre quando uma onda, ao se propagar, colide com um

obstáculo e retorna ao meio de origem.

Nesse caso, a frequência, a velocidade de propagação e o

comprimento de onda não se alteram.

Eco

O eco é uma reflexão de som que chega ao ouvinte pouco tempo

depois do som direto.

Assim, uma pessoa consegue ouvir o eco de sua própria voz se estiver

afastada do obstáculo refletor de, no mínimo, 17 m.

Figura 11

Reverberação

Quando o som sofre múltiplas reflexões e persiste depois que a fonte

deixou de emitir, ouvimos o que se chama reverberação.

vc mora em que bairro?

Figura 12

Ressonância

Quando a frequência da vibração forçada de um objeto se iguala à

frequência natural dele, ocorre um drástico aumento da amplitude. Esse

fenômeno é denominado ressonância.

Figura 13

Interferência

A superposição, também chamada interferência em alguns casos, é o

fenômeno que ocorre quando duas ou mais ondas se encontram,

gerando uma onda resultante igual à soma algébrica das amplitudes

cada onda.

Figura 14

Interferência e Batimento

Quando dois tons com frequências ligeiramente diferentes soam

simultaneamente, escuta-se uma flutuação no volume.

Essa variação periódica no volume do som escutado é denominada

batimento, e se deve à interferência.

Figura 15

Efeito Doppler

Efeito Doppler

Efeito Doppler é a alteração da frequência percebida pelo observador

em virtude do movimento relativo de aproximação ou de afastamento

entre fonte e observador.

Figura 16

Efeito Doppler

𝑓𝑎 = 𝑓.𝑣±𝑣0

𝑣±𝑣𝑓

𝑓𝑎 = frequência aparente [Hz]

𝑓 = frequência real da fonte [Hz]

𝑣 = velocidade do som [m/s]

𝑣0= velocidade do observador [m/s]

𝑣𝑓= velocidade da fonte [m/s]

Exercícios

Referências

Referências

Figura 1: https://infosolda.com.br/biblioteca-digital/livros-senai/fundamentos/83-acustica

Figura 2: https://pt.wikipedia.org/wiki/Som#/media/Ficheiro:Representa%C3%A7%C3%A3o_da_Onda

_Sonora.png

Figura 3: http://www.aulas-fisica-quimica.com/8f_07.html

Figura 4: http://fisicaevestibular.com.br

Figura 5: http://pir2.forumeiros.com/t99145-intensidade-sonora

Figura 6: https://oliviamonteiro.wordpress.com/2013/02/19/caracteristicas-do-som-frequencia-amplitude-timbre/

Figura 7: http://fisicaevestibular.com.br

Figura 8: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.

Referências

Figura 9: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São

Paulo: Saraiva, 2012.

Figura 10: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São Paulo: Saraiva, 2012.

Figura 11: http://fisicaevestibular.com.br

Figura 12: HEWITT, P. G. Física conceitual. 9. ed. Porto Alegre: Bookman, 2002.

Figura 13: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/ressonancia.htm

Figura 14: https://matrikablog.wordpress.com/2015/08/10/a-forca-da-interferencia-construtiva/

Figura 15: BISCUOLA, G. J; DOCA, R. H.; VILLAS BÔAS, N. Tópicos de Física. 21 ed. v. 1. São

Paulo: Saraiva, 2012.

Figura 16: https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-efeito-doppler.htm