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Acústica
Diariamente estamos em contato com o mundo ao nosso redor por meio de nossos sentios. Pela audiçao, sentido que nos interessa neste momento, reconhecemos os sons e obtemos um grande número de informações sobre o meio que vivemos.
PRODUÇAO DE SOM:
Na orelha, as ondas atingem uma menbrana chamada TÍMPANO. o tímpano passa a vibrar com a mesma freqüência das ondas, transmitindo ao cérebro, por impulsos elétricos, a sensação denominada som.
As ondas sonoras são são ondas longitudinais, isto é, produzidas por uma seqüência de pulsos longitudinais.
As ondas sonoras podem se propagar com diversas freqüências, porém a orelha humana é sensibilizada somente quando elas chegam a ela com freqüência entre 20Hz e 20 000Hz, aproximadamente.
Quando a früência é maior que 20 000Hz, as ondas são ditas ultra-sônicas, e menor que 20 Hz, infra-sônicas.
As ondas infra-sônicas e ultra-sônicas não são audíveis pelo ouvido humano. As ondas infra-sônicas são produzidas, por exemplo, por um abalo sísmico. Os ultra-sons podem ser ouvidos por certos animais como morcego e o cão.
As ondas sonoras audíveis são produzidas por:
vibração de cordas
vibração de colunas de ar
vibração de discos e membranas
O som musical, que provoca sensações gradáveis, é produzido por vibrações periódicas. O ruído, que provoca sensações desagradáveis, é produzido por vibrações aperiódicas.
TRANSMISSÃO DO SOM:
A maioria dos sons chega ao ouvido transmitida pelo ar, que age como meio de transmissão.
Nas pequenas altitudes, os sons são bem audíveis, o que não ocorre em altitudes maiores, onde o ar é menos denso.O ar denso é melhor transmissor do som que o ar rarefeito, pois as moléculas gasosas estão mais próximas e transmitem a energia cinética da onda de umas para outras com maior facilidade.
Os sons não se transmitem no vácuo, porque exigem um meio material para sua propagação.
De uma maneira geral, os sólidos transmitem o som melhor que os líquidos, e estes, melhor do que os gases.
Observe a tabela que apresenta a velocidade de propagação do som a 25°C.
MEIO / VELOCIDADE(m/s)
AR/ 346
ÁLCOOL/ 1 207
HIDROGÊNIO/ 1 339
ÁGUA/ 1 498
VIDRO/ 4 540
ALUMÌNIO/ 5 000
FERRO/ 5 200
QUALIDADE DO SOM
Cada tipo de som conrresponde a um movimento vibratório específico, com determinadas características, possuindo as seguintes qualidades: altura ou tom, intensidade ou volume e timbre.
Se a energia emitida pela fonte é grande, isto é, se o som é muito forte, temos uma sensação desagradável no ouvido, pois a quantidade de energia transmitida exerce sobre o tímpano uma pressão muito forte.
Quanto maior a vibração da fonte, maior a energia sonora, logo:
Quanto maior a amplitude da onda, maior a intensidade do som.
As unidades de intensidade sonora no sistema internacional são: J/M² OU W/M²
Em homenagem ao cientista norte-americano Graham Bell (1847-1922), que estudou o som e inventou o telefone, a intensidade sonora é medida em bel (B) ou decibéis (dB).Os sons muito intensos são desagradáveis ao ouvido humano. Sons com intensidades acima de 130 dB provocam uma sensação dolorosa e sons acima de 160 dB podem romper o tímpano e causar surdez.
De acordo com a freqüência, um som pode ser classificado em agudo ou grave. Essa qualidade é chamada altura do som.
Sons graves ou baixos têm freqüência menor.
Sons agudos ou altos têm freqüência maior.
A voz do homem tem freqüência que varia entre 100 Hz e 200 Hz e a da mulher, entre 200 Hz e 400 Hz. Portanto, a voz do homem costuma ser grave, ou grossa, enquanto a da mulher ser aguda, ou fina.
β= 10.log I/Iه
β: nível da intensidade em decibéis
I: intensidade do som
Iه: intensidade do limiar da percepçao auditiva(10ˉ¹²)
TIMBRE:
É a qualidade que permite identificar os sons de mesma altura e de mesama intensidade, emitidos por fontes sonoras diferentes.
O timbre é o "documento de identidade" dos istrumentos. A mesma nota produzida por um piano ou por um violino, pode ser destinguida porque produz sensações diferentes, isto é, timbres diferentes.
Devido ao timbre, também podemos identificar a voz de um amigo que nos chama pelo telefone ou que nos chama na rua. isso ocorre porque a forma como as cordas vocais vibram é diferente.
O timbre depende da forma das vibrações, isto é, da forma da onda sonora.
SONS FUNDAMENTAIS:
Consideramos uma corda de comprimento L, fixa em suas estremidades e esticada para permanacer tensa quando submetida às forças de tração.
Percuntindo-a na parte central, originam-se vibrações transversais que se propagam pela corda, produzindo ondas etacionárias provocam, no ar, regiões de compressão e rarefação, originando ondas sonoras.
som fundamental ---> λ1=2L ---> ƒ1= v/2L
(1° harmônico)
2° harmônico ---> λ2=L ---> ƒ2= 2V/2L
3° harmônico ---> λ3=2L/3 ---> ƒ3= 3V/2L
4° hamônico ---> λ4=2L/4 ---> ƒ4= 4V/2L
enésimo harmônico ---> λn=2L/n ---> ƒn= nv/2L
temos nєΙΝ é o número de ventres.
ƒn=nƒ1
Para que a corde vibre em dois segmentos, a freqüência de vibração deve ser duplicada; para que vibre em três, triplicada, e assim sucessivamente.
O som fundamental é também chamado 1° harmônico; o que tem freqüência dupla do fundamental, 2° harmônico. e assim por diante.
FENÔMENOS SONOROS:
→Reflexão
→Eco
→Reverberação
→Refração
→Difração
→Interferência
→Ressonâmcia
1° Reflexão:
Quando ondas sonoras AB, A’B’, A”B” provenientes de um ponto P encontram um obstáculo plano, rígido, MN, produz-se reflexão das ondas sobre o obstáculo.
Na volta, produz-se uma série de ondas refletidas CD, C’D’, que se propagam em sentido inverso ao das ondas incidentes e se comportam como se emanassem de uma fonte P’, simétrica da fonte P em relação ao ponto refletor.
A reflexão do som pode ocasionar os fenômenos eco e reverberação.
2° Eco:
Os obstáculos que refletem o som podem apresentar superfícies muito ásperas. Assim, o som pode ser refletido por um muro, uma montanha etc.
O som refletido chama-se eco, quando se distingue do som direto.
Para uma pessoa ouvir o eco de um som por ela produzido, deve ficar situada a, no mínimo, 17 m do obstáculo refletor, pois o ouvido humano só pode distinguir dois sons com intervalo de 0,1 s. O som, que tem velocidade de 340 m/s, percorre 34 m nesse tempo.
3° 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.
É esse prolongamento que constitui a reverberação.
A reverberação ocorre quando o som refletido atinge o observador no instante em que o som direito está se extinguindo, ocasionando o prolongamento da sensação auditiva.
4° Refração
Consiste em a onda sonora passar de um meio para o outro, mudando sua velocidade de propagação e comprimento de onda, mas mantendo constante a freqüência.
5° Difração:
Fenômeno em que uma onda sonora pode transpor obstáculos.
Quando se coloca um obstáculo entre uma fonte sonora e o ouvido, por exemplo, o som é enfraquecido, porém não extinto. Logo, as ondas sonoras não se propagam somente em linha reta, mas sofrem desvios nas extremidades dos obstáculos que encontram.
6° Interferência:
Consiste em um recebimento de dois ou mais sons de fontes diferentes.
Neste caso, teremos uma região do espaço na qual, em certos pontos, ouviremos um som forte, e em outros, um som fraco ou ausência de som.
Som forte -> à interferência construtiva
Som fraco -> à interferência destrutiva
7° Ressonância:
Quando um corpo começa a vibrar por influência de outro, na mesma freqüência deste, ocorre um fenômeno chamado ressonância.
Como exemplo, podemos citar o vidro de uma janela que se quebra ao entrar em ressonância com as ondas sonoras produzidas por um avião a jato.
EFEITO DOPPLER:
Quando uma fonte sonora se aproxima de um observador parado, nota-se que a freqüência do som por ele recebida é maior do que se a fonte estivesse em repouso, e, quando a fonte se afastar do observador parado, a freqüência é menor do que se ela estivesse em repouso.
Você pode verificar esse fato ao se posicionar numa rua ou avenida. Preste atenção no barulho do motor dos veículos, ou buzina, ou sirene. Você vai notar que, na aproximação, o som é mais agudo e, no afastamento, mais grave.
A diferença entre a freqüência percebida e a freqüência real do som foi estudada pelo físico austríaco Christian Jonhann Doppler (1803-1853), e seu estudo ficou conhecido como Efeito Doppler.
Chamando de ƒه a freqüência aparente, isto é, a freqüência percebida pelo observador, podemos concluir que:
Quando há aproximação entre o observador e a fonte, o observador recebe mais ondas do que receberia se estivesse parado e, neste caso, ƒه > ƒF.
Quando há afastamento entre o observador e a fonte, o observador recebe menos ondas do que receberia se estivesse parado e, neste caso, ƒه < ƒF.
->Aproximação: ƒ"> ƒ
->Afastamento: ƒ"< ƒ
Essas grandezas são relacionadas pela expressão:
ƒ"= ƒ(v ± vه/v ± vƒ)
v: velocidade da onda
vƒ: velocidade da fonte
vه: velocidade do observador
ƒ: freqüência real emitida pela fonte
ƒ": freqüência aparente recebida pelo observador
O sinal + ou – para as velocidades vه e vƒ é sempre dado orientando-se a trajetória positivamente do observador para a fonte.
BIBLIOGRAFIA E REFERÊNCIAS:
→Física (Hístoria & Cotidiano- BONJORINO & CLINTON - VOL.Único)
→ http://www.fisica-potierj.pro.br/poligrafos/doppler.htm
→ http://ww2.unime.it/weblab/awardarchivio/ondulatoria/acustica.htm
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