ACUSTICA IVAN SANTOS As principais formas de oscilação podem ser reduzidas a sistemas do tipo....
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ACUSTICA
IVAN SANTOS
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As principais formas de oscilação podem ser reduzidas a sistemas do tipo
.
Ondas.
Ondas de superfície. O Pêndulo.massa-mola
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MODOS DE OSCILAÇÃO
Modo Simétrico
Modo AntissimétricoTorção
Oscilação
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Ondas podem ser transversais:
Ondas eletromagnéticas são transversais:
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Ondas podem ser longitudinais:
Ondas sonoras são longitudinais:
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Efeito do vento em na estrutura de uma ponte incorretamente projetada.
Ponte de Tacoma (1940)
Simulação computacional do efeito Do vento na estrutura de uma ponte.
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O sistema com uma distribuição bidimensional de massa
também tem comportamento ondulatório.
Quando são dadas as condições de contorno para a livre
oscilação teremos situações em que os máximos e mínimos
serão regidos por suas freqüências harmônicas características ou tons e também sobretons.
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Mesmo no caso de uma oscilação muito complexa como um terremotoa velocidade de propagação depende do comprimento de onda e do tipode onda, dentre outros fatores.
A diferença de tempo de chegada das ondasem um terremoto permite a estimativa da distância do seu epicentro.
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Ondas propagam-se e, se há vinculo imposto na sua parte iniciale terminal, teremos a reflexão da onda inicial. A soma destas duasoscilações resulta uma onda estacionária.
Onda Progressiva nesta Direção.
onda estacionária
Onda Progressiva nesta Direção.
O seu comportamento também exibe uma freqüência Fundamental e os respectivos harmônicos:
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O QUE É SOM?
Onda mecânica longitudinal (propaga-se em meios materiais).
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VELOCIDADE DO SOM
Vsólido Vlíquido Vgasoso> >
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FREQÜÊNCIA AUDÍVEL
Infra-som audível Ultra-som
20 Hz 20.000 Hz
VELOCIDADE DO SOM NO AR
340 m/s a 20º
330 m/s a 0ºC
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ALTURA: Diferencia sons graves (baixo) de sons agudos (alto).
Está relacionado a freqüênciafreqüência da onda
agudo grave
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INTENSIDADE (VOLUME): Diferencia sons fortes de sons
fracos.Está relacionado a AmplitudeAmplitude
da onda
ForteFraco
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TIMBRE: Diferencia sons de mesma altura, mesma intensidade tocados em instrumentos diferentes.
Esta relacionado com a forma da onda.
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NIVEL SONORO: É a relação entre a intensidade do som ouvido pela
intensidade mínima.
LIMIAR DE AUDIÇÃO: I0 = 10-12 W/m2
)(:
)(log.100
10
dBdecibelunidade
I
I
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ECO: É a reflexão do som
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EFEITO DOPPLER
Observador(V)+-
Fonte(VF)+-
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f` freqüência aparente (percebida pelo ouvinte)
f freqüência real da fonte
).(´
F
o
vv
vvff
fontedavelocidadev
observadordovelocidadev
somdovelocidadev
F
o
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Cordas VibrantesAs cordas vibrantes são fios flexíveis e tracionados nos seus extremos. São utilizados nos instrumentos musicais de corda como a guitarra, o violino, o violão e o piano.
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Velocidade e tração na corda
T = tensão, =densidade linear
Tv
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Ondas, diferem do caso massa-mola devido a existência
de uma distribuição infinita de massa
ao longo do seu comprimento. Neste caso teremos infinitas freqüências de ressonância sendo uma a “fundamental” e seus múltiplos ou semitons.
Freqüência Fundamental
10 Harmônico
30 Harmônico
40 Harmônico
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Harmônicos nas cordasPrimeiro Harmônico ou Freqüência Fundamental formam-se, na corda, um fuso com 2 nós.
ll 22 1
1
l
vf
vffv
211
1
Segundo Harmônico formam-se, na corda, dois fusos com 3 nós.
2
222
ll
l
vf
lv
fv
f
2
2
22 22
22
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Terceiro Harmônico forma-se, na corda, três fusos com 4 nós.
3
2
2
33
3 ll
l
vf
lvv
f
2
3
32 3
33
HARMÔNICO N FORMA-SE, NA CORDA, N FUSOS COM (N+1) NÓS.
l
vnfn
21. fnfn
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Ondas, propagam-se, e se há vinculo imposto na sua parteterminal o seu comportamento é assim:
Extremo Livre.Sem inversão da fase da onda refletida.
Extremo Fixo.Observa-se a inversãoda fase da onda refletida.
Se não há vinculo imposto na sua parte terminal o seu comportamento é assim:
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Quando há mudança na propriedade do meio de propagação de uma onda também temos fenômenos de reflexão mas com inversão de fase.
Meio de densidade A. Meio de densidade B.
Observa-se INVERSÃO da fase da onda refletida.
Densidade de A < Densidade de B
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Densidade de A > Densidade de B
Observa-se a NÃO inversão da fase da onda refletida.
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Duas oscilações(TONNNNN e TOoNNNNN) com pequena diferençanas suas freqüências quando somadas, produzem o fenômeno do: BATIMENTO!!! - TOINHoIINHIINHoIINHoIIII....!
TOINHoIIIII....!
TONNNNN.....
Toonnnnnn......
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Várias ondas, quando convenientemente somadas podemtomar a forma de um pulso:
+ +
+ + .... =
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O fenômeno da dispersão de um pulso pode não ocorrer devido a não linearidades. Aí temos um SÓLITON que também é um pulso dispersivo mas neste caso há uma compensação.
Como cada onda tem diferente freqüência, a sua velocidade depropagação será diferente e, com o tempo, o pulso perde a sua amplitude original.
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Ondas estacionárias numa corda.Meia onda.
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Ondas estacionárias numa corda.Onda inteira.
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Ondas estacionárias numa corda.1½ de onda.
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Relação entre comprimento de onda e frequência.
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Relação entre comprimento de onda e frequência.
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Tubos Sonoros
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Tubos Abertos
v
ffv
1
2
2
11
1 ll
l
vf
vf
2
11
11
2
2
2
22
2 ll
l
vf
vf
2
22
22
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3
2
2
33
3 ll
l
vf
vf
2
33
33
4
2
2
44
4 ll
l
vf
vf
2
44
44
Tubos Abertos
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Tubos Abertos para harmônico n
n
lnl n
n
2
2
l
vnf
vf n
nn
2
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Tubos Fechados
v
ffv
1
4
4
11
1 ll
l
vf
vf
4
11
11
3
4
4
33
3 ll
l
vf
vf
4
33
33
PRIMEIRO HARMÔNICO
TERCEIRO HARMÔNICO
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Tubos FechadosQUINTO HARMÔNICO
SEXTO HARMÔNICO
5
4
4
55
5 ll
l
vf
vf
4
57
55
7
4
4
77
7 ll
l
vf
vf
4
77
77
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Tubos fechados para harmônico nSendo n um número ímpar
n
l
nl n
n
44
l
vnf
vf n
nn
4
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Oscilações.
Freqüência 1 hertz = 1 Hz = 1 oscilação por segundo = 1 s-1
Periodo T = 1 / f
Movimento Harmônico Simples
Deslocamento x = xm cos ( t + )
Freqüência Angular = 2 / T = 2 f
Velocidade v = - xm sin ( t + )
Aceleração a = - 2 xm cos ( t + )
Energia Cinética K = mv2 = m 2 A2 sin2 ( t + )
Energia Potencial U = kx2 = k A2 cos2 ( t + )
Energia Total E = kA2
Oscilador Linear
Freqüência Angular
Período
Pendulos
Pendulo de Torção
Pendulo Simples
Pendulo Simples
Damped Harmonic Motion
Deslocamento x(t) = xm e -bt/2m cos ( ' t + )
Freqüência Angular Energia Mecânica (Para b pequeno)
Oscilações Forçadas e Ressonância d =
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FIM DA AULA