PROFESSOR: Wellington e Fenômenos Ondulatórios Ondulatórios.
Fenómenos ondulatórios em meios materiais...Amplitude das ondas • O afastamento máximo de...
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O que são ondas?
O som é um fenómeno de natureza ondulatória.
O som propaga-se por ondas.
Formação de ondas na água devido
à queda de uma pequena pedra.
Fenómenos ondulatórios em meios materiais
Ponto onde se iniciou a
vibração
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Ondas mecânicas • São ondas que precisam de um
meio material para se
propagarem.
• Não transportam matéria ao longo da direção
de propagação.
• Transportam energia, associada às vibrações,
ao longo da direção de propagação.
cristas
vales
Fenómenos ondulatórios em meios materiais
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Amplitude das ondas
• O afastamento máximo de qualquer ponto em relação a sua posição
de equilíbrio chama-se amplitude de vibração e representa-se pela
letra A.
• Unidade SI de medida da amplitude de ondas na água ou em
cordas: metro (m)
Maior amplitude
da onda Mais energia transferida ao
longo do material onde se
propaga.
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Frequência das ondas
• A frequência das ondas corresponde ao número de vibrações
completas efetuadas por segundo e representa-se pela letra f.
• Unidade SI de medida: hertz (Hz)
Maior frequência
da onda
Mais vibrações completas são
efetuadas por segundo e mais
energia é transferida.
Maior frequência Menor frequência
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• O período de uma onda corresponde ao intervalo de tempo
necessário para que qualquer ponto da onda efetue uma vibração
completa e representa-se pela letra T.
• Unidade SI de medida: segundo (s)
Como se relaciona o período de uma onda com a sua frequência?
ou
• Os valores do período e da frequência de uma onda são o inverso
um do outro.
maior T ⇔ menor f
menor T ⇔ maior f
Período das ondas
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Que informações podemos retirar deste gráfico?
Gráfico posição-tempo de uma onda na água ou numa corda
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A amplitude da onda, distância máxima do ponto à posição de
equilíbrio, é de 0,5 m.
0,8 s é o intervalo de tempo necessário para completar uma
vibração completa, ou seja, é o período desta onda.
Como a frequência é o inverso do período, o seu valor será:
f = 1 ⇔ f = 1,25 vibrações /s ou 1,25 Hz
0,8
Conclusões do gráfico
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• Qualquer som é produzido pela vibração de um corpo ou
parte dele - fonte sonora.
• As vibrações originam som.
Produção do som
O movimento da extremidade livre da
lâmina produz som. O movimento do elástico produz som.
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Sempre que um corpo sai de uma
posição e, depois de se deslocar
para um e para outro lado da
posição de equilíbrio, volta a passar
na mesma posição, executa uma
vibração completa.
Sempre que um corpo se desloca
de uma posição extrema até à outra
posição extrema oposta, realiza
meia vibração. O mesmo acontece
se o corpo sai da posição de
equilíbrio, vai até a um extremo e
regressa à posição de equilíbrio.
Produção do som
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Instrumentos musicais
Instrumentos
musicais
Instrumento musical Origem do som
Cordas Vibração das cordas
Percussão Vibração de partes
metálicas, couro ou
madeira
Sopro Vibração de colunas de ar
Produção do som
de
cordas
de
percussão
de sopro
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Frequência das fontes sonoras
A frequência de uma fonte sonora corresponde ao número de
vibrações efetuadas por segundo e o seu valor é característico da
fonte sonora.
• No Sistema Internacional de unidades a frequência (f) exprime-se em Hertz (Hz) ou s-1
.
Frequência Intervalo de tempo
Produção do som
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Propagação do som
Para existir um som é preciso:
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O Som…
• corresponde à sensação auditiva provocada por vibrações dos
corpos.
• propaga-se num meio como o ar, a água ou o aço, ou seja, meios
materiais.
• não se propaga no vácuo (ausência de meio material).
Os corpúsculos do material onde o som se propaga vibram com a
mesma frequência da fonte sonora.
Propagação do som
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Como se propaga o som
• As vibrações dos corpúsculos de um material, como o ar,
provocam a sua aproximação nuns locais e o afastamento entre
esses locais, originando alternadamente:
Zonas de compressão, com maior densidade do ar e maior pressão.
Zonas de rarefação, com menor densidade do ar e menor
pressão.
Propagação do som
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Velocidade do som
A velocidade do som num material é a rapidez com que o som se
propaga nesse material. O valor da velocidade do som corresponde
à distância a que o som se propaga ao fim de 1s.
metro (m)
segundo (s) metro por segundo (m/s)
Propagação do som
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A velocidade do som e o meio onde se propaga
• A velocidade do som depende do meio onde se propaga.
v som (gases) < v som (líquidos) < v som (sólidos)
porque
Propagação do som
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A velocidade do som e a temperatura
• A velocidade do som depende da temperatura do meio onde se
propaga.
A velocidade do som aumenta com o
aumento da temperatura
porque
• Quanto mais elevada for a temperatura de
um material maior é a agitação corpuscular,
os corpúsculos chocam mais facilmente e, por
isso, as vibrações propagam-se mais
rapidamente, sendo maior a velocidade do
som.
Propagação do som
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Ondas mecânicas
Transversais Longitudinais
A direção de vibração da onda é
perpendicular à sua direção de
propagação.
A direção de vibração da onda é
igual à sua direção de
propagação.
Ondas sonoras
Ondas Sonoras
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• As ondas sonoras são ondas mecânicas longitudinais.
direção de vibração = direção de propagação
Ondas sonoras
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Ondas de pressão e sua representação por gráficos pressão-
tempo
• As ondas sonoras são constituídas por zonas onde os corpúsculos do ar se
aproximam e a pressão é maior do que antes de iniciar a vibração, separadas
por outras zonas onde os corpúsculos se afastam, e a pressão é menor do que
antes de se iniciar a vibração.
• Por isso se chama às ondas sonoras ondas de pressão.
Ondas sonoras
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Gráfico pressão-tempo num ponto do ar sujeito a uma onda sonora.
Este gráfico:
• mostra a periodicidade temporal da pressão do ar;
• permite ler os valores da amplitude da pressão – A – e do
período da onda – T;
• permite obter o valor da frequência pela expressão ƒ= 1/T.
Ondas sonoras
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Visualização de ondas sonoras num osciloscópio
• O osciloscópio é um aparelho que permite visualizar ondas sonoras
depois de serem convertidas, por um microfone, em ondas elétricas
com a mesma frequência das sonoras.
• Também permite determinar o período e a frequência das ondas
sonoras.
Ondas sonoras
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Atributos do som
Intensidade Altura
• Os atributos do som são características que nos permitem distinguir
uns sons de outros.
Timbre
Atributos do som
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Intensidade
distingue
Sons fortes Sons fracos
maior intensidade menor intensidade
ondas com maior
amplitude (A) ondas com menor
amplitude (A)
mais energia menos energia
Atributos do som
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Um som forte propaga-se até uma distância maior do que um
som fraco.
Atributos do som
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Altura
distingue
Sons altos
(agudos)
Sons baixos
(graves)
maior altura menor altura
ondas com maior
frequência (f)
ondas com menor
frequência (f)
mais energia menos energia
Atributos do som
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Em instrumentos de cordas:
Atributos do som
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Em instrumentos de sopro:
Colunas de ar
curtas
compridas
Sons agudos
Sons graves
Os sons podem distinguir-se pela altura e pela intensidade:
Atributos do som
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Sons puros e sons complexos
Som produzido por um
diapasão.
Som produzido por
instrumentos musicais e
pelas cordas vocais.
Atributos do som
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Timbre
• O timbre é o atributo de um som complexo que permite distinguir
sons com a mesma intensidade e a mesma altura quando
produzidos por diferentes fontes sonoras.
• A mesma nota musical produzida por 3 instrumentos diferentes,
origina ondas sonoras distintas.
Atributos do som
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O ouvido humano
O ouvido humano e os sons que deteta
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Ouvido
Externo Recebe as vibrações.
Médio Amplifica as vibrações.
Interno
Converte as vibrações em
sinais elétricos a enviar ao
cérebro.
É o cérebro que
descodifica os sons que
nos rodeiam.
O ouvido humano e os sons que deteta
Constituição do ouvido
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Espetro sonoro
Ondas sonoras
incluem
Sons audíveis Sons não audíveis
Sons
Ondas com
frequência
entre 20 Hz e
20 000 Hz
Infrassons Ultrassons
Ondas com
frequência inferior
a 20 Hz
Ondas com
frequência superior
a 20 000 Hz
O ouvido humano e os sons que deteta
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Os animais ouvem
sons que nós não
ouvimos.
O ouvido humano e os sons que deteta
Espetro sonoro
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Nível sonoro
• Para cada frequência existe uma intensidade mínima abaixo da qual
não ouvimos os sons e uma intensidade máxima que a membrana do
tímpano pode suportar.
• Na prática, para descrever a sensibilidade do ouvido humano aos sons
usa-se uma grandeza chamada nível de intensidade sonora, ou nível
sonoro.
• O nível sonoro mede-se com aparelhos que se chamam
sonómetros.
O ouvido humano e os sons que deteta
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Unidade de nível
sonoro bel (símbolo: B) Usa-se um submúltiplo
decibel (símbolo: dB)
0 dB 120 dB
O ouvido humano e os sons que deteta
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• Os valores do limiar de audição e do limiar de dor dependem da
frequência do som.
• Os valores correspondentes aos limiares de audição e de dor para
cada frequência variam de pessoa para pessoa.
O ouvido humano e os sons que deteta
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Testes auditivos e audiogramas
• A capacidade auditiva não é a mesma para todas as pessoas. Esta
capacidade vai reduzindo com a idade e também pode ser alterada,
por exemplo, devido a exposição, ainda que reduzida, a sons muito
intensos.
Fontes de poluição sonora
• São fontes de poluição sonora todas as fontes sonoras que emitem
sons indesejáveis e que originam níveis de intensidade sonora muito
elevados.
Sistemas de som de discotecas, motores potentes em
funcionamento, tráfego rodoviário e aéreo, etc.
O ouvido humano e os sons que deteta
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Som
Reflexão, absorção e refração do som
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Reflexão do som
• Quando as ondas sonoras emitidas encontram uma superfície dura e lisa,
voltam para trás. As ondas mudam de direção e de sentido, ou apenas de
sentido, e continuam a propagar-se no mesmo meio – reflexão do som.
Mudança de sentido Mudança de direção e sentido
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Absorção do som
A reflexão do som é sempre acompanhada de
absorção na superfície refletora.
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Materiais que absorvem bem o som
cortinas papel de parede
tapetes
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Eco e reverberação do som
Reflexão do som origina
Eco Reverberação
O eco consiste na
repetição de um som e
ocorre quando o
obstáculo se encontra a
uma distancia ≥ 17 m.
Chama-se reverberação
à persistência do som
devido a sucessivas
reflexões em obstáculos
próximos.
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Eco
O ouvido consegue
distinguir entre o
som emitido e o
som refletido.
O ouvido não consegue
distinguir entre o som
emitido e o som refletido.
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Reverberação
• As sucessivas reflexões fazem com que um som ouvido num
determinado momento se prolongue no tempo, sendo sucessivamente
menos intenso, em vez de deixar de se ouvir imediatamente.
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Aplicações da reflexão de ultrassons
Ecografias Ecolocalização nos
animais Sonares
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Refração do som
• A passagem do som de um material para outro onde se propaga com
velocidade diferente chama-se refração do som.
• Tal como acontece na reflexão, também a refração do som é
acompanhada de absorção. É por isso que a intensidade do som
refratado é sempre menor do que a intensidade do som incidente.
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Isolamento acústico das habitações
Isoladores sonoros
Reduzem a
transmissão do
som porque
Refletem bem o som
exterior
Absorvem bem o som
Exemplos:
• Barreiras sonoras para proteção das habitações contra o ruído produzido
pelo tráfego automóvel;
• Paredes bem polidas e bastante espessas nas habitações;
• Uso de materiais como a cortiça, a borracha e a esferovite;
• Vidros duplos com uma camada de ar no interior.