[GER-FI] 4.1 – Apostila

ONDAS E ACÚSTICA

Uma onda é uma forma de propagação da energia. Ela está presente, por exemplo, em ondas de rádio, ondas luminosas, raio X, ondas caloríficas, etc. Quando jogamos uma pedra na água forma-se ondas que transmitem a energia do choque da pedra com a água.

É importante observar que as ondas na água transportam apenas energia e não matéria, ou seja, caso haja algum objeto boiando na água o mesmo não será arrastado para as mar­gens pelas ondas.

Ondas transportam somente energia e não transportam matéria.

 

1) Forma das Ondas:

As ondas se classificam como transversais e longitudinais.

⇒ Transversais: a direção da oscilação é perpendicular à direção de propagação.

Exemplos: ondas em uma corda, luz.

*A seta vertical mostra a direção da oscilação

 

⇒ Longitudiais: a direção de oscilação e propagação é a mesma.

Exemplos: ondas em uma mola espiral, som.

*A seta horizontal mostra a direção da oscilação.

 

2) Ondas Mecânicas e Eletromagnéticas:

a) Onda Mecânica

Uma onda mecânica é aquela que necessita de um meio físico para se propagar, pois ela se movimenta através da vibração das moléculas que compõe o meio.

Exemplos: ondas na corda, onda na água, som.

Obs.: As ondas mecânicas não se propagam no vácuo.

 

b) Onda Eletromagnética

Este tipo de onda não necessita de um meio físico para se propagar pois a propagação ocorre devido à vibração de um campo elétrico e de um campo magnético (daí o nome eletromagnética).

Exemplo: luz, raio X, ondas de rádio, ondas de TV.

Obs.: As ondas eletromagnéticas propagam-se mesmo no vácuo.

Futuramente nós estudaremos a velocidade de propa­gação de uma onda, mas vale adiantar que a velocidade de propagação de todas as ondas eletromagnéticas no vácuo é c = 3.108 m/s.

 

3) Elementos de uma Onda:

a) Amplitude (a)

A amplitude de uma onda é a distancia entre o eixo da onda até uma crista ou vale. Em outras palavras podemos dizer que ela equivale à “altura” do pulso de onda.

*O eixo das abcissas (x) é chamado de eixo da onda.

 

b) Comprimento da onda ( λ – lambda)

λ é o comprimento de um pulso completo da onda .

 

c) Frequência (f)

A freqüência pode ser entendida como sendo o número de oscilações (ou pulso) completas que a onda executa em um segundo. Sua unidade no SI é S-1 ou Hertz (Hz).

 

d) Período (T)

O período de uma onda é o tempo que a onda demora para realizar uma oscilação (ou pulso) completa. Podemos verificar que o período é o inverso da frequência, logo:

\(f=\frac{1}{T}\)

ou

\(T=\frac{1}{f}\)

4) Velocidade de Propagação da Onda:

A velocidade de propagação de uma onda pode variar con­forme o meio em que ela se encontra. A velocidade de propagação de uma onda pode ser dada por:

\(V=\frac{\lambda }{T}\)

onde:

λ = comprimento da onda

T = período

ou

\(V=\lambda \times f\)

onde:

λ = comprimento da onda

f = frequência

 

5) Acústica:

Acústica é o estudo do som. Todo ruído é uma vibração que se propaga produzido por uma onda sonora. O movimento das moléculas do ar chega até nossos ouvidos, que captam a vibração.

Não ouvimos qualquer vibração do ar! Isso é verdade pois nosso ouvido só ouve vibrações maiores que 16Hz e menores que 20.000 Hz.

No entanto, cães podem ouvir até 25.000 Hz e morcegos até 50.000 Hz. Os ultrassons podem ser captadas por aparelhos sensíveis e tem inúmeros aplicações em medicina. Já os infrassons são usados na detecção de terremotos.

 

 

6) Fontes Sonoras:

Fontes sonoras são objetos que produzem vibração no ar. As mais comuns são:

  • cordas: presentes em instrumentos musicais. Ex: viola, violino
  • diapasão: instrumento usado para afinar instrumentos musicais.
  • diafragma: são as membranas usadas em tambores.

Ex: bongo

  • Tubos sonoros: são os instrumentos de sopro.

Ex: flauta

 

 

7) Propagação do Som:

O Som é uma onda mecânica, ou seja, a propagação se dá através da vibração das moléculas. Se lembramos, os três estados físicos da matéria veremos que nos sólidos as molé­culas estão muito próximas, nos líquidos elas estão relativa­mente afastadas e nos gases a distância entre as moléculas é grande. A partir disso podemos responder a pergunta:

Velocidade do som no ar = 340 m/s
Velocidade na água = 1500 m/s
Velocidade no aço = 5000 m/s

Estas velocidades, no entanto, variam com a temperatura do meio. A partir da ilustração acima e lembrando que a onda sonora se propaga através da vibração das moléculas,con­cluímos que quanto mais denso e compacto o meio maior será a velocidade da onda sonora nele.

 

 

8) Qualidade Fisiológica do Som:

a) Altura

A altura é a qualidade que diferencia os sons agudos dos graves.

 

b) Intensidade

É a qualidade que distingue os sons fortes de sons fracos.

A intensidade é medida em W/m², porém podemos en­contrar também a unidade Decibel (dB),em homenagem a Alexander Graham Bell. A tabela abaixo mostra os níveis sonoros em alguns ambientes:

Níveis Sonoros (dB) W/m²
Limiar da audição (0) 10-12
Farfalhar de folhas (10) ——–
Conversa (60) ——–
Show de Rock (110) ——–
Limiar da dor (120) 1
Turbina à jato (130) ——–

c) Timbre

É a qualidade que permite distinguir a origem do som. Exemplo: ao ouvir uma nota lá de piano você a diferen­cia de uma nota lá de violão, pois os instrumentos tem tim­bres diferentes, devido ao seu formato e tamanho diferentes.

 

9) Eco:

O eco é a reflexão do som, ou seja, quando falamos provo­camos uma vibração no ar. Se esta vibração encontrar um obstáculo será refletida de volta então poderemos ouvir o mesmo som novamente. Veja:

Podemos pensar que a propriedade de reflexão do som é pouco utilizada, porém diversos animais a usam para orien­tação. O fenômeno da ecolocalização ou biosonar é obser­vado em morcegos, baleias e golfinhos. A observação desta capacidade natural permitiu aos seres humanos o desenvol­vimento do radar, sonar e aparelhos de ultra-sonografia.

 

a) Reverberação

Você já deve ter notado que paredes de um teatro são revesti­da de espumas ou carpete. Isto porque quando há espetáculo as vibrações sonoras, ao colidirem com as paredes, poderiam voltar causando interferências. Esta é a chamada reverbera­ção ou má acústica. Com a presença de espuma as moléculas de ar são amortecidos no choque com as paredes.

 

b) Distância mínima para que aconteça o eco

O ouvido humano só é capaz de distinguir sons emitidos num intervalo de 0,1 segundos. Logo, se a velocidade do som no ar é de aproximadamente 340 m/s, então em 0,1 segundos o som percorre 34m. Logo a distância mínima que um obstá­culo deve estar de nós para que ouçamos o eco é 17m.

\(\Delta S=V\times t \Rightarrow s=340\times0,1\Rightarrow s=34m\)