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AcsticaProfessor JOS GOMES RIBEIRO FILHOAcstica a parte da Fsica que estuda o som.Som a sensao percebida pelo crebro que se relaciona com a chegada ao ouvido de ondas de vibrao mecnica. Ondas sonoras so vibraes sincronizadas das molculas que constituem o meio. IntroduoA onda sonora uma onda longitudinal e mecnica.Sua velocidade de propagao pode variar de meio para meio.No ar (15C) sua velocidade de 340 m/s, na gua (20C) 1.482 m/s e no ferro de 4.480 m/s.O som se transmite atravs de meios materias (elsticos) slidos, lquidos o gasosos, mais nunca atravs do vcuo.

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Introduo

IntroduoSbado, 3 de junho de 2006, 18h06Mulher atingida por raio enquanto rezavaPreocupada com a segurana da sua famlia com uma viagem para a praia, Clara Jean Brown estava na sua cozinha, em Daphe, Estado do Alabama, nos Estados Unidos, rezando pelo bom retorno de seus parentes quando um raio atingiu a parede de sua casa jogando a mulher no cho. Clara ficou desorientada e assustada, mas no se feriu. Clara contou que, quando disse amm, o cho estava envolto em uma grande bola de fogo. A mulher de 65 anos de idade se diz abenoada por estar viva. Ela foi encontrada atordoada no cho da cozinha por sua neta de 14 anos aps a exploso.Bombeiros disseram que provvel que ela tenha sido atingida por um raio que caiu do outro lado da rua e viajou at sua casa atravs da gua. http://noticias.terra.com.br/mundo/interna/0,,OI1032047-EI294,00.htmlTestando seu ConhecimentoO texto narra que Clara foi encontrada por sua neta aps a exploso. de se supor que sua neta ouviu o som da exploso e correu para verificar o que ocorreu na cozinha. Supondo-se que assim tenha ocorrido, o som da exploso, ouvido pela neta, foi ocasionado: A)pelas ondas eletromagnticas que atingiram seu tmpano velocidade da luz.B)por uma violenta expanso dos gases atmosfricos, devido a uma brusca elevao de temperatura, provocando assim uma onda mecnica, na faixa audvel.C)devido a uma corrente eltrica que chegou at sua neta, atingindo assim seus ouvidos. D)devido o claro provocado pela violenta descarga eltrica. Comentrio:O som uma onda mecnica. As outras alternativas se referem a ondas eletromagnticas.

Se duas ondas com a mesma amplitude e comprimento de onda, se deslocarem em sentidos opostos ao longo da mesma direo, a sua interferncia produzir um onda estacionria.

nAnti-n ou ventreOndas estacionrias

1 harmnica

2 harmnica

3 harmnica

4 harmnicaOndas estacionrias

Ondas estacionrias

Numa corda presa por ambas as extremidades para certas frequncias (de ressonncia) formam-se ondas estacionrias. A cada uma corresponde um modo de vibrao com os nodos situados nas extremidades.

Modo fundamental ou primeiro harmnico

Cordas sonoras

Segundo harmnico

Terceiro harmnico

Ensimo Harmnico

Cordas sonoras

a qualidade que diferencia sons graves e agudos.Sons com grandes frequncias so sons agudos e sons com baixa frequncia so sons graves.agudo

grave

AlturaQualidades fisiolgicas do som

Qualidades fisiolgicas do somIntensidadeA intensidade do som est relacionada com energia que a onda transfere e com a amplitude da onda. Qualidades fisiolgicas do som a qualidade que diferencia sons fortes e fracos.Sons com grandes amplitudes so sons fortes e sons com baixa amplitude so sons fracos.

FRACO

FORTETimbreDiferencia dois sons de mesma altura e de mesma intensidade produzidos por fontes sonoras diferentes.Est relacionado com a forma da onda.

Qualidades fisiolgicas do som

Velocidade de propagao das ondasPersistncia acstica : menor intervalo de tempo para que dois sons no se separem no crebro. A persistncia acstica do ouvido humano de 0,1s.Um ouvinte consegue distinguir dois sons distintos desde que os receba em intervalos de tempo maiores (ou iguais) a 0,1s.Esse fato possibilita ao observador perceber o fenmeno da reflexo do som em trs nveis: eco, reverberao e reforo.t=intervalo de tempo para que o som que foi emitido pelo observador e refletido seja recebido pelo mesmo. Reflexo do somEco: ocorre quando t 0,1s. O observador ouve separadamente o som direto e o som refletido. O eco se produz a uma distncia mnima de 17 m do emisor.Reverberao: ocorre quando t < 0,1s. H um prolongamento da sensao auditiva.Reforo: ocorre quando t 0s. H somente um aumento da intensidade sonora.Som sem ecoSom com ecoSom sem reverberaoSom com reverberao

Reflexo do somA Microfonia um dos maiores males que afligem o operador de som em qualquer ambiente, ou realimentao acstica. A realimentao um fenmeno eletro-acstico que ocorre devido a um desequilbrio das frequncias que esto sendo projetadas num determinado ambiente. Mas o que provoca a microfonia? Como j disse, um desequilbrio, que ocorre quando h excesso de volume em uma determinada frequncia. Por exemplo; quando ligamos um microfone prximo de um alto-falante, o som captado pelo microfone percorre um caminho, ou seja, entra pelo microfone, vai para a mesa de som, que o pr-amplifica e envia para os amplificadores que os enviam para as caixas de som. Quando esse sinal sai pelo alto-falante, uma boa parte dele novamente captada pelo microfone, criando assim um ciclo vicioso. At a tudo bem, pois esse ciclo natural num sistema de reforo sonoro, porm quando uma determinada frequncia, seja de graves, mdios ou agudos, excessiva, esse ciclo se tornar audvel e crescente at que passe a ser ouvido e interferir na qualidade do sistema sonoro.Testando seu ConhecimentoSobre o sistema de sonoridade humana, que fenmeno fsico se destaca por exercer uma continuidade sonora?A)Audibilidade.B)Eco.C)Ressonncia.D)Reverberao.E)Batimento.Comentrio:Eco e reverberao so fenmenos causados pela reflexo de uma onda sonora quando bate em algum obstculo e retorna para a fonte emissora. Se a onda refletida volta antes da onda incidente ter acabado o fenmeno chamado de Reverberao e acontece para distncias menores de 17m. Mas, se a onda refletida volta depois da onda incidente ter acabado o fenmeno chamado de Eco e acontece para distncias iguais ou maiores que 17m.A questo retrata sobre um problema que prejudica a audio dos seres humanos, e enfatiza o fenmeno fsico chamado de reverberao, pois ele a representao da continuidade sonora.

Infra-som: sons com frequncias abaixo de 20Hz. No perceptvel ao ser humano;Ultra-som: sons com frequncias acima de 20000Hz. No perceptvel ao ser humano;Som audvel: sons com frequncias perceptveis ao ser humano (20Hz a 20000Hz).

Infra-somSom audvelUltra-som02020.000f (Hz)Frequncia do som

Frequncia do som

Frequncia do som

Frequncia do somExame de ultrassonografia obsttricoDurante o perodo pr-natal, um acompanhamento programado do desenvolvimento do feto pode ser fundamental na deteco de alguns problemas congnitos. Um dos mtodos de diagnose mdica usa ondas ultrassnicas, baseando-se na reflexo do ultrassom nas interfaces (superfcies de separao entre dois meios) ou no efeito Doppler produzido pelos movimentos dentro do corpo. A informao diagnostica sobre a profundidade das estruturas no corpo pode ser obtida enviando um pulso de ultrassom atravs do corpo, utilizando-se um transdutor ultrassonogrfico (instrumento que deslizado sobre a barriga da me, conforme figura) e medindo-se o intervalo de tempo entre o instante de emisso do pulso e o de recepo do eco. Uma das aplicaes do efeito Doppler examinar o movimento das paredes do corao, principalmente dos fetos. Para isso, so emitidas ondas ultrassnicas na direo do movimento da parede cardaca. Podemos utilizar um valor aproximado de 1 500 m/s para a velocidade do ultrassom no corpo humano.Testando seu Conhecimento

Num exame ultrassonogrfico obsttrico, detectou-se um eco proveniente de uma massa ecognica (massa esbranquiada atpica) no corao do feto. O intervalo de tempo entre o pulso emitido e o eco recebido foi de 0,2 ms. A que distncia do transdutor ultrassonogrfico se localiza a referida massa? A) 5,0 cmB) 7,5 cmC) 9,0 cmD)15,0 cm E)30,0 cmComentrio:Dados: v = 1500m/s; t = 0,2ms = 0,2x10-3s = 2x10-4s. Como se trata de reflexo, a distncia percorrida pelo pulso sonoro 2d (ida e volta), onde d a distncia pedida. Da cinemtica, temos:S = vt2d = 1500x2x10-4 d = (1500x2x10-4) / 2 = 15x10-2md = 15cm.

As ondas sonoras propagam-se em meios slidos, lquidos e gasosos, com velocidades que dependem das diferentes caractersticas dos materiais. De um modo geral, as velocidades maiores ocorrem nos slidos e as menores, nos gases.A 20C, o som propaga-se no ferro slido a 5100m/s, na gua lquida a 1450m/s e no ar a 343m/s. Velocidade do som

Densidade velocidade

O dilogo a seguir retrata a conversa de um mdico com seu paciente sobre algumas caractersticas do uso do ultrasom em exames:MDICO As ondas de ultra-sons so geradas por transdutores ultra-snicos. Os transdutores so dispositivos que transformam energia eltrica em vibraes mecnicas na faixa do ultra-som.PACIENTE Mas Doutor, tenho muito medo de fazer exame de ultra-som. Um tio meu disse que ficou surdo, pois o som era ultra-alto. Ser que verdade?(Adaptado de: SILVA, Jos Alves da. Projeto Escola e cidadania: Fsica. So Paulo:Editora do Brasil, 2000.)Testando seu ConhecimentoUma possvel explicao que o Mdico poderia dar, em sequncia ao dilogo, seria:A) Uma vez que as ondas ultra-snicas so ondas eletromagnticas intensas, h um pequeno risco disto ocorrer. Mas as possibilidades so mnimas!B) De fato, as ondas ultra-snicas possuem altas frequncias, mas, por serem ondas eletromagnticas, no causam o menor risco para o pacienteC) De forma alguma! O ouvido humano no capaz de detectar ultra-sons.D) Isso s seria verdade se o controle de volume de intensidade sonora do aparelho estivesse no mximo. O que, neste caso, no acontece!Comentrio:As ondas ultra-snicas so inaudveis.

Intensidade fsica:Unidade no SI:

A = reaE = Energiat = tempoP constanteA I Intensidade do somTestando seu ConhecimentoQuando uma pessoa fala, o que de fato ouvimos o som resultante da superposio de vrios sons de frequncias diferentes. Porm, a frequncia do som percebido igual do som de menor frequncia emitido. Em 1984, uma pesquisa realizada com uma populao de 90 pessoas, na cidade de So Paulo, apresentou os seguintes valores mdios para as frequncias mais baixas da voz falada: 100 Hz para homens, 200 Hz para mulheres e 240 Hz para crianas.(Tafner, Malcon Anderson. Reconhecimento de palavras faladas isoladas usando redes neurais artificiais. Dissertao de Mestrado, Universidade Federal de Santa Catarina.)Segundo a teoria ondulatria, a intensidade I de uma onda mecnica se propagando num meio elstico diretamente proporcional ao quadrado de sua frequncia para uma mesma amplitude. Portanto, a razo IF/IM entre a intensidade da voz feminina e a intensidade da voz masculina :A) 4,00 B) 0,50 C) 2,00 D) 0,25E) 1,50Resoluo:Como a intensidade I diretamente proporcional ao quadrado de sua frequncia, temos:I fIF/IM = 2002/1002 = 4

Mnima intensidade fsica ou limiar de audibilidade (Io): o menor valor da intensidade fsica ainda audvel, vale:

Mxima intensidade fsica ou limiar de dor (Imx): o maior valor da intensidade fsica suportvel pelo ouvido, vale:

Intensidade do somIntensidade auditiva ou nvel sonoro ( ):

A unidade de nvel sonoro, para a equao dada, o decibel (dB).

Um ambiente com: 40dB calmo; 60dB barulhento mais de 80dB j constitui poluio sonora.Intensidade do somTestando seu ConhecimentoA tabela a seguir representa a sonoridade, medida em decibis, em algumas situaes especficas.

Sabe-se que, para que a sonoridade aumente 20dB, a intensidade do som deve ser multiplicada por 100.Em relao sonoridade do avio, considere o texto a seguir.

O rudo alto durante o pouso do avio, pois os motores esto mais prximos do solo, e na decolagem, quando o avio acelera seus motores para ganhar fora para decolar e continua em baixa altitude. Durante o taxiamento, em que so feitas manobras no solo, e quando so realizados os testes de motores, o rudo da turbina outra fonte de incmodo.(Folha de S.Paulo)Indiquemos por I1 a intensidade do som emitido por uma motocicleta e por I2 a intensidade do som emitido por um avio durante seu pouso ou sua decolagem. Podemos concluir que:

A) I2= I1/100B) I2= I1/10C) I2 = I1D) I2 = 10I1 E) I2 = 100I1De acordo com a tabela, temos para a motocicleta 120dB e para o avio 130dB. O aumento de sonoridade foi de 10dB, o que significa que a intensidade do som foi multiplicada por 10.

FonteI/IodBDescrioRespirao normal1000Limite de audioBiblioteca10330Muito silenciosoConversao normal10550Calmo Camio pesado10990Exposio prolongada provoca danos no ouvidoConcerto rock (a 2 m)1012120Limite de dorJacto na descolagem1015150Motor de fogueto1018180Intensidade do som

Exemplos:Intensidade do somTom e Z conversam sobre o vestibular da Urca e Z diz : Quando o listo sair, vou colocar o rdio bem alto para todo mundo ouvir e vou gritar bem forte: EU PASSEI!!! Tom, que estudou bastante Acstica, pois quer cursar Fonoaudiologia, passa a interpretar fisicamente as palavras de Z e conclui que, na verdade, Z ir:l.alterar o volume do rdio para obter a mxima intensidade sonora e gritar com voz grave.ll.tornar o som do rdio o mais grave possvel e gritar com grande intensidade.lll.obter a maior intensidade sonora possvel, tanto do rdio, como de sua voz.lV.obter a maior frequncia possvel do rdio e gritar com voz grave.Dentre as possibilidades acima, a concluso correta a que Tom chegar a:A)IB)IIC)IIID)IVTestando seu ConhecimentoQuando Z diz que vai colocar o rdio bem alto para todo mundo ouvir, ele na verdade est querendo dizer que ir colocar o rdio no volume mximo, ou seja, na Intensidade mxima a fim de obter o som mais forte possvel, tanto do rdio como em sua voz ao gritar.

1o harmnico2o harmnico3o harmnico

4o harmnico

Corda vibrante

f= frequncia de vibrao da corda = frequncia da onda sonora produzida pela mesma;n= 1; 2; 3.... representa o nmero do harmnico;V= velocidade da onda na corda;= comprimento de onda da onda na corda.Com:Onde:Corda vibranteExemplos de Cordas sonoras

Na harpa todas as cordas so da mesma espessura, mas possuem tamanhos diferentes para possibilitar sons diferentes (mesma Trao mesma V ; L f ).No violo todas as cordas so de mesmo tamanho, mas possuem espessuras diferentes para possibilitar sons diferentes (mesmo L corda fina V f ).Corda vibranteO italiano Bartolomeo Crisiofori criou a primeira verso do piano em 1709. O piano um instrumento musical de corda percutida, ou seja, um instrumento de percusso, porque o som produzido quando os martelos, ativados atravs de um teclado, tocam nas cordas esticadas que esto presas numa estrutura rgida de madeira ou metal. No piano, ao tocarmos as teclas que esto direita, os martelos estaro percutindo cordas cada vez menores.

Em relao ao piano e suas cordas, assinale a alternativa correta:A) As teclas da direita, por tangerem cordas menores, produzem sons baixos (graves).B) As teclas da direita, por tangerem cordas menores, produzem sons baixos (agudos)C) As teclas da direita, por tangerem cordas menores, produzem sons altos (agudos).D) As teclas da direita, por tangerem cordas menores, produzem sons altos (graves).E) As teclas da esquerda, por tangerem cordas maiores, produzem sons fortes.Testando seu ConhecimentoQuando uma corda vibra, a freqncia do som produzido inversamente proporcional ao comprimento da corda: menor comprimento da corda implica maior freqncia, o que caracteriza um som alto, tambm denominado de agudo.A) Errada. Cordas menores produzem sons altos (agudos) e no baixos (graves).B) Errada. Cordas menores produzem sons altos (agudos) e no baixos (graves).C) Correta. Cordas menores produzem sons altos (agudos).D) Errada. Cordas menores produzem sons altos (agudos) e no baixos (graves).E) Errada. Cordas maiores produzem sons baixos (graves) e no fortes.

Se uma fonte sonora for colocada na extremidade aberta de um tubo, as ondas sonoras emitidas iro superpor-se s que se refletirem nas paredes do tubo, produzindo ondas estacionrias com determinadas frequncias.Uma extremidade aberta sempre corresponde a um ventre (interferncia construtiva) e a fechada, a um n (interferncia destrutiva).Tubos sonoros

Tubo Aberton=1;2;3...representa o nmero do harmnico.L1 /2

L2 /22 /2

L3 /23 /23 /2

Tubos sonorosExemplos de Tubos Abertos1.No trompete e no berrante o som produzido pelos lbios do executante;2.Nos instrumentos de madeira, com o obo, o som produzido pela palheta;3.Na flauta transversal e nos tubos de rgo o som produzido por uma aresta em forma de cunha que intercepta o sopro.

Tubos sonorosTubo Fechado

L1 /4

L3 /43 /4

3 /4L5 /45 /45 /4

5 /45 /4Tubos sonorosTestando seu ConhecimentoO conduto auditivo humano pode ser representado de forma aproximada por um tubo cilndrico de 2,5 cm de comprimento (veja a figura).

A frequncia fundamental do som que forma ondas estacionrias nesse tubo : (Dado: velocidade do som no ar, v = 340 m/s.)A) 340 Hz B) 3,4 kHz C) 850 HzD) 1,7 kHzE) 850 HzResoluo:Considerando o conjunto auditivo um tubo cilndrico fechado em uma das extremidades com L = 2,5 cm = 2,5 10-2 m, temos para a frequncia fundamental n = 1.

O efeito Doppler, para ondas sonoras, constitui o fenmeno pelo qual um observador percebe uma frequncia diferente daquela emitida por uma fonte, devido ao movimento relativo entre eles (observador e fonte).Efeito doppler o que acontece quando uma ambulncia, com sua sirene ligada, passa por um observador (parado ou no). Enquanto a ambulncia se aproxima, a frequncia por ele percebida maior que a real (mais aguda); mas, medida que ela se afasta, a frequncia percebida menor (mais grave).

Fonte estacionriaFonte move-seObservador em Repouso e Fonte em movimento Fonte aproxima-se do observador O1: haver um encurtamento aparente do comprimento de onda 1, em relao ao normal. A frequncia percebida pelo observador ser maior que a frequncia real da fonte.

Efeito doppler Fonte afasta-se do observador O2, haver um alongamento aparente do comprimento de onda 2, em relao ao normal. A frequncia percebida pelo observador ser menor que a frequncia real da fonte.

Efeito doppler Para o observador O1, que se aproxima de F, haver um maior nmero de encontros com as frentes de onda, do que se estivesse parado. A frequncia por ele percebida ser maior que a normal.

Observador em movimento e Fonte em repousoEfeito doppler Para o observador O2, que se afasta de F, haver um menor nmero de encontros com as frentes de onda, do que se estivesse parado. A frequncia por ele percebida ser menor que a normal.

Efeito dopplerConclusoMovimento de aproximao entre fonte e observador: Movimento de afastamento entre fonte e observador:

Efeito doppler

EquaoRegra: quando o movimento do detector e da fonte so de aproximao o sinal nas suas velocidades deve resultar num aumento da frequncia. Caso se afastem, o sinal das suas velocidades dever dar uma diminuio da frequncia.Efeito dopplerInspirado pelo sucesso dos sonares anti-submarinos usados durante a Segunda Guerra Mundial, o obstetra britnico Ian Donald comeou a usar sons de alta frequncia para examinar fetos em mulheres grvidas. A tcnica de ultra-som, que evita os riscos provenientes do uso de raio X, passou ento a ser largamente utilizada em obstetrcia e outras aplicaes mdicas. Tal tcnica permite enxergar as batidas de corao de um feto com apenas 11 semanas de vida.Considere como um modelo simplificado uma esfera imersa em um lquido, cujo raio oscila, aumentando e diminuindo de tamanho. Imagine uma fonte de ultra-som, conforme mostrado na figura a seguir:

Testando seu ConhecimentoSobre o ultra-som refletido pela esfera, pode-se dizer que:A) O ultra-som que incide sobre a esfera, enquanto ela estiver comprimindo, ser refletido com frequncia maior. Por sua vez, enquanto estiver dilatando, o ultra-som refletido retornar com frequncia menor.B) O ultra-som que incide sobre a esfera, enquanto ela estiver dilatando, ser refletido com frequncia maior. Por sua vez, enquanto estiver comprimindo, o ultra-som refletido retornar com frequncia menor.C) A frequncia do ultra-som refletido independe de o raio da esfera estar diminuindo ou aumentando.D) O ultra-som que incide sobre a esfera, enquanto ela estiver comprimindo, ser refletido com frequncia menor e, enquanto estiver dilatando, o ultra-som refletido tambm retornar com frequncia menor.E) O ultra-som que incide sobre a esfera, enquanto ela estiver comprimindo, ser refletido com frequncia maior e, enquanto estiver dilatando, o ultra-som refletido tambm retornar com frequncia maior.Quando a fonte receber a onda refletida pela esfera a frequncia pode ser alterada e podemos analisar pelo efeito Doppler: (na expresso considere a fonte como o receptor e a esfera como o emissor de ondas)

o receptor, aps a reflexo, a fonte e est parada vREC = 0, ento a frequncia do receptor vai depender da velocidade do emissor:

quando o emissor se afasta (esfera diminuindo) o receptor (fonte) recebe uma frequncia menor. Quando o emissor se aproxima (esfera aumentando) o receptor (fonte) recebe uma frequncia maior.

E issotudo !

Diapaso

Flauta

Violino

Voz (letra a)

Clarineta

O1

O2

V

F

O1

O2

V

F

O1

O2

V

V

F

V=0

O1

O2

V

V

F

V=0