Física 2º ano ensino médio ondas sonoras e efeito doppler

Ciências da Natureza e suas Tecnologias – FÍSICA

Ensino Médio, 2ª Série

ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER

ACÚSTICAACÚSTICA

FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER

O QUE É SOM?O QUE É SOM?

São ondas mecânicas que se propagam em meios materiais.


Imagem: Wilfredor / GNU Free Documentation License.

PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOM

• Os principais efeitos com os quais os engenheiros de som e músicos têm que lidar são:

• Difração• Reflexão • Interferência• Refração• Efeitos de transmissão, absorção e dispersão

das ondas (1).

FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPLLER

Ondas podem ser longitudinais. Portanto, as ondas sonoras são longitudinais.


Imagem: Popular Science Monthly Volume 13 / Public Domain

LONGITUDINAL: ONDA SE PROPAGA NA MESMA DIREÇÃO DO PULSOLONGITUDINAL: ONDA SE PROPAGA NA MESMA DIREÇÃO DO PULSO


Imagem: August Adolf Eduard Eberhard Kundt / Public Domain

VELOCIDADE DO SOMVELOCIDADE DO SOM

Vsólido

Vlíquido

Vgasoso

>

>


FÍSICA,

FREQUÊNCIA AUDÍVELFREQUÊNCIA AUDÍVEL

Infrassom Audível Ultrassom

20 Hz 20.000 Hz

VELOCIDADE DO SOM NO ARVELOCIDADE DO SOM NO AR

340 m/s a 20º

330 m/s a 0ºC


ALTURA: diferencia sons graves (baixo) de sons agudos (alto).

Está relacionado à frequênciafrequência da onda.

agudo

grave


FÍSICA,

A

A

Imagem: Pluke / Public Domain

INTENSIDADE (VOLUME): diferencia sons fortes de sons fracos.

Está relacionado à amplitudeamplitude da onda.

ForteFraco


A A

Imagens: Pluke / Public Domain

TIMBRE: diferencia sons de mesma altura, mesma intensidade tocados em instrumentos diferentes.

Está relacionado à forma da onda.


Som Musical Simples

Ruido, rock n’ roll, etc

Imagens: SEE-PE

RESSONADORES• Cada instrumento musical possui uma "assinatura“ - um

conjunto de características sonoras a ele associado que permite uma descrição matematicamente precisa dos sons que produz.

• Vimos que o som pode ser representado pela soma de diversas ondas individuais, conhecidas como componentes de Fourier.

• O resultado acústico da combinação de amplitudes, tempo de duração de cada um dos harmônicos presentes no som resultante, tipo do material de que é feito o instrumento e a forma de excitação do ar produz a forma sonora peculiar de cada instrumento, conhecida como timbre (2).


Texto extraído do site:

NÍVEL SONORO é a relação entre a intensidade do som ouvido e a intensidade

mínima.

LIMIAR DE AUDIÇÃO: I0 = 10-12 W/m2

)(:

)(log.100

10

dBdecibelunidadeII


ECO é a reflexão do som.ECO é a reflexão do som.


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Sons

Intensidade Sonora (db)

Limiar deaudição

SussuroseRiso suave

Conversas emLar tranquilo

Escritório commáquinas de escrever

Tráfego urbano

Sirene deBarco eOficina decalderaria

Sensaçãodolorosa

Imagem: Marek Mazurkiewicz / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

HARMÔNICOS A soma das diversas frequências individuais de uma

onda sonora pode ser representada, genericamente, como (3):

SOM = C1 + C2 + C3 + C4 + C5 + C6 + ... • Cada termo Ci corresponde a uma determinada

frequência, múltipla da frequência do termo C1. Chamamos de "série harmônica”.

• Decomposição harmônica do Lá fundamental (Lá4), de 440 Hz:

• Primeiro harmônico (fundamental): 440 Hz. • Segundo harmônico (primeiro sobretom): 880 Hz• Terceiro harmônico(segundo sobretom): 1760 Hz


TUBOS SONOROSTUBOS SONOROS


Tubo SonoroAberto

As duas extremidade são abertas

Tubo SonoroAberto

Uma extremidade é fechada e a outra aberta

TUBOS ABERTOSTUBOS ABERTOS

vffv

12

21

11 ll

lvfvf

21

11

1

22

22

22 ll

lvfvf

22

22

2


PRIMEIRO HARMÔNICO

SEGUNDO HARMÔNICO

Imagens: SEE-PE

32

23

33 ll

lvfvf

23

33

3

42

24

44 ll

lvfvf

24

44

4

TUBOS ABERTOSTUBOS ABERTOS


TERCEIRO HARMÔNICO

QUARTO HARMÔNICO

Imagens: SEE-PE

Tubos abertos para harmônico nTubos abertos para harmônico n

nlnl n

n

22

lvnfvf n

nn

2


TUBOS FECHADOSTUBOS FECHADOS

vffv

14

41

11 ll

lvfvf

41

11

1

34

43

33 ll

lvfvf

43

33

3

PRIMEIRO HARMÔNICO

TERCEIRO HARMÔNICO


Imagens: SEE-PE

QUINTO HARMÔNICO

SÉTIMO HARMÔNICO

54

45

55 ll

lvfvf

45

75

5

74

47

77 ll

lvfvf

47

77

7

TUBOS FECHADOSTUBOS FECHADOS


FÍSICA,

Imagens: SEE-PE

Tubos fechados para harmônico nTubos fechados para harmônico n

Sendo n um número ímpar

nl

nl n

n

44

lvnfvf n

nn

4


• No efeito Doppler do som, é necessário distinguir as situações em que ele é causado pelo movimento da fonte ou do observador. Isso porque o som propaga-se no ar e ambos podem ter velocidades relativas a este. Já para a luz, que se propaga no vácuo, importa apenas a velocidade relativa entre a fonte e o observador (4).

O EFEITO DOPPLER DO SOMO EFEITO DOPPLER DO SOM


Fonte Det

ecto

r

v

λ

Imagens: SEE-PE

EFEITO DOPPLEREFEITO DOPPLER

Observador(V)+-

Fonte(VF)

+-


f’ frequência aparente (percebida pelo ouvinte)f’ frequência aparente (percebida pelo ouvinte)f frequência real da fontef frequência real da fonte

).(´

F

o

vvvvff

fontedavelocidadev

observadordovelocidadev

somdovelocidadev

F

o


CONCLUSÃO•Essa assinatura mostra que a Física está direta e intimamente ligada aos detalhes da percepção musical. Física e Música... a Arte, de um modo geral, nunca serão objetivas e precisas a ponto de serem uma unanimidade, mas a simetria e a beleza observadas nas leis que governam a combinação das estruturas matemáticas, usadas na descrição dos sons, guardam estreita relação com a área da Música conhecida como Harmonia.

Nossa proposta foi apresentar alguns dos princípios em que a Acústica se baseia, os mecanismos de produção de som, o conceito das séries e da análise de Fourier e algumas das diferenças entre sons produzidos por diversos instrumentos e voz humana. Com isso, obtivemos os elementos necessários para distinguir sons gerados por diferentes instrumentos musicais mediante a análise da sua série harmônica ou “assinatura sonora”.•Assim, a Física e a Matemática permitem a descrição e a compreensão objetivas das infinitas possibilidades de combinação de sons criadas pelos grandes mestres da Música. Elas podem ser vistas em vez de ouvidas na análise dos sons de suas obras e no perfeito equilíbrio entre as formas de onda instintivamente combinadas para formá-las.


Texto extraído do site: http://www.cea.inpe.br/~alex/FisicadaMusica/fisica_da_musica.pdf

FIM DA AULA


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3 Wilfredor / GNU Free Documentation

License. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Maraca_tambor_y_furruco.svg

28/03/2012

5 Popular Science Monthly Volume 13 / Public Domain

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PSM_V13_D058_Sound_waves_2.jpg?uselang=pt-br

28/03/2012

6 August Adolf Eduard Eberhard Kundt / Public Domain

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kundt_tube.png

28/03/2012

7 Zina Deretsky, National Science Foundation, USA/ Public Domain

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hearing_mechanics.jpg

28/03/2012

9 e 10 Pluke / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CPT-sound-pitchvolume.svg

28/03/2012

11, 17, 18, 20, 21 e 23

SEE-PE. SEE-PE. 28/03/2012

14 Marek Mazurkiewicz / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chiroptera_echolocation.svg

28/03/2012

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