acustica_( estatico )

8/3/2019 acustica_( estatico )

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Acstica


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Acstica

Acstica o estudo das ondas sonoras; Ondas sonoras so mecnicas, longitudinais e

tridimensionais;

Ondas sonoras no se propagam no vcuo;

P

P

V

Fonte oscilandocom freqncia f

OrelhaTmpano

Nervo

CrebroCompresso Rarefao

Vibrao


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Acstica A Velocidade do Som

As ondas sonoras propagam-se em meios slidos,lquidos e gasosos, com velocidades que dependem dasdiferentes caractersticas dos materiais. De um modo

geral, as velocidades maiores ocorrem nos slidos e asmenores, 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.

... GasLqSl VVV ""

o Densidade velocidadeo


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Acstica A Altura do Som

qualidade que permite diferenciar um som de altafreqncia (agudo) de um som de baixa freqncia(grave). A altura do som depende apenas da

freqncia.

Som alto - Freqncia maior - som agudoSom baixo - Freqncia menor - som grave

As notas musicais possuem alturas sonorasdiferentes, isto , cada nota possui uma freqnciacaracterstica.


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Acstica A Intensidade do Som

qualidade que permite diferenciar um som forte deum som fraco. A intensidade do som est relacionadacom energia que a onda transfere e com a amplitudeda onda.

Um som demaior volume

Uma onda sonora demaior amplitude.

Maior transporte deenergia pela onda

Somdemaiorintensidade


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Intensidade do Som

Intensidade fsica:

Unidade no SI:

smJ2 2m

W

tA

EI

(! PotnciaP

t

E!!

( AP

I !

A = rea

E = Energia

(t = tempo

Pconstante

Aq Io


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Intensidade do Som

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

2

12

m

W10

!o

I

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

ouvido, vale:

2mW

1!mxI


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Intensidade do Som

Intensidadeauditiva ou nvelsonoro (F ):

oIIlog10!F A unidade de nvel sonoro, para aequao dada, o decibel (dB).

dBmWIdBmWI

MxMx

oo

1201010

2

212

!!!!

FF

Um ambiente com:

40dB calmo;

60dB barulhento

mais de 80dB jconstitui poluio sonora.


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Acstica O Timbre do Som

Qualidade que permite diferenciar duas ondas sonorasde mesma altura e mesma intensidade, emitidos porfontes distintas.

O timbre est relacionado forma da onda emitida peloinstrumento.

Diapaso

Flauta

Violino

Voz (letra a)

Clarineta


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Reflexo do Som

Persistncia acstica : menor intervalo de tempo paraque dois sons no se separem no crebro. A persistnciaacstica do ouvido humano de 0,1s.

Um ouvinte consegue distinguir dois sons distintos desdeque os receba em intervalos de tempo maiores (ouiguais) a 0,1s.

Esse fato possibilita ao observador perceber o fenmeno

da reflexo do som em trs nveis: eco, reverberao ereforo.


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Reflexo do Som (t=intervalo de tempo para que o som que foi emitido pelo

observador e refletido seja recebido pelo mesmo.

t$ 0s(t

Eco: ocorre quando (t u 0,1s. O observador ouve separadamente osom direto e o som refletido.

Reverberao: ocorre quando (t < 0,1s. H um prolongamentoda sensao auditiva.

Reforo: ocorre quando (t $ 0s. H somente um aumento daintensidade sonora.


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Freqncias Naturais e Ressonncia

Batendo-se numa das hastes do diapaso, as duas vibramcom determinada freqncia (normalmente, 440Hz). Essa a freqncia natural (ou prpria) do diapaso.

diapaso

Todos os corpos possuem uma freqncia prpria(prdio, ponte, copo, etc.).


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Exemplo de Ressonncia

A ponte de Tacoma Narrows entrou em ressonncia, provocada pelavibrao dos cabos metlicos existentes em sua estrutura. Suasamplitudes de oscilao aumentaram a ponto de provocar sua runa


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Cordas Vibrantes

Quando uma corda, tensa e fixa nas extremidades, posta a vibrar, originam-se ondas transversais que sepropagam ao longo do seu comprimento, refletem-se nasextremidades e, por interferncia, ocasionam a formaode ondas estacionrias.

A corda, vibrando estacionariamente, transfere energiaao ar em sua volta, dando origem s ondas sonoras quese propagam no ar. A freqncia dessa onda igual

freqncia de vibrao da corda. Assim, uma cordavibrante (ou corda sonora) uma fonte sonora.


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Corda Vibrante

nL

n

!2

P

L

Vnf

Vf

n

!

!

2

P

1fnfn !

n= 1; 2; 3.... representao nmero do harmnico;

V= velocidade da onda nacorda;

P= comprimento de ondada onda na corda;

L 12

21

1

1

L

L

!

!

P

P

1o harmnico

L 22

22

2

2

L

L

!

!

P

P

2o harmnico

L 32

23

3

3

L

L

!

!

P

P

3o harmnico

f= freqncia de vibraoda corda = freqncia daonda sonora produzida pelamesma.


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Exemplos de Cordas Vibrantes

Na harpa todas as cordas so da mesma espessura, maspossuem tamanhos diferentes para possibilitar sonsdiferentes (mesma Trao mesmaV ; L o f q).

No violo todas as cordas so de mesmo tamanho, maspossuem espessuras diferentes para possibilitar sonsdiferentes (mesmo L corda fina V o f o).


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Tubos Sonoros

Se uma fonte sonora for colocada na extremidade abertade um tubo, as ondas sonoras emitidas iro superpor-ses que se refletirem nas paredes do tubo, produzindoondas estacionrias com determinadas freqncias.

Uma extremidade aberta sempre corresponde a umventre (interferncia construtiva) e a fechada, a um n(interferncia destrutiva).


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Exemplos de Tubos Abertos No trompete e no berrante o som produzido pelos lbios do

executante; Nos instrumentos de madeira, com o obo, o som produzido

pela palheta; Na flauta transversal e nos tubos de rgo o som produzido

por uma aresta em forma de cunha que intercepta o sopro.


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Tubos Sonoros Tubo Fechado

nLn ! 4P

L

Vnf

Vf

n

!

!

4

P

1fnfn !

n=1 ; 3 ; 5 ... representa o nmerodo harmnico.

L P1/4

14

41

1

1

L

L

!

!

P

P

L

P3/4

P3/4

34

43

3

3

L

L

!

!

P

P

P3/4 L

P5/4

P5/4

P5/4

54

45

5

5

L

L

!

!

P

P

P5/4

P5/4

No tubo fechado,obtm-se freqnciasnaturais apenas dosharmnicos mpares.


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Exemplo de Tubos Fechados

A freqncia do som emitido por um tubo sonoro depende docomprimento do tubo


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Efeito Doppler

O efeito Doppler, para ondas sonoras, constitui ofenmeno pelo qual um observador percebe umafreqncia diferente daquela emitida por uma fonte,devido ao movimento relativo entre eles (observador efonte).

o que acontece quando uma ambulncia, com suasirene ligada, passa por um observador (parado ouno). Enquanto a ambulncia se aproxima, a

freqncia por ele percebida maior que a real (maisaguda); mas, medida que ela se afasta, a freqnciapercebida menor (mais grave).


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Observador em Repouso e fonte em movimento

Fonte aproxima-se do observador O1: haver um encurtamentoaparente do comprimento de onda P1, em relao ao P normal. Afreqncia percebida pelo observador ser maior que a freqnciareal da fonte.

Fonte afasta-se do observador O2, haver um alongamento aparente

do comprimento de ondaP

2, em relao aoP

normal. A freqnciapercebida pelo observador ser menor que a freqncia real dafonte.

O1O2

V

F


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Observador em Repouso e fonte em movimento

Para o observador O1, que se aproxima de F, haver um maiornmero de encontros com as frentes de onda, do que seestivesse parado. A freqncia por ele percebida ser maiorque a normal.

Para o observador O2, que se afasta de F, haver um menor

nmero de encontros com as frentes de onda, do que seestivesse parado. A freqncia por ele percebida ser menorque a normal.

O1 O2

V V

F

V=0


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Efeito Doppler - Concluso

Movimento de aproximao entre fonte e observador:

Movimento de afastamento entre fonte e observador:

EMITIDARECEBIDA ff "

EMITIDARECEBIDA ff


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Exerccios

2. (PUC-RS) Quanto a sua natureza e forma depropagao, as ondas podem ser classificadas emeletromagnticas ou mecnicas, de longitudinais outransversais. Uma das evidncias que as ondas sonoras

so longitudinais que elas no sofrem:

a) reflexo.b) refrao.

c) interferncia.d) polarizao.e) difrao.

AlternativaD


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Exerccios

3. (Unirio) Dois operrios, A e B, esto parados no ptiode uma fbrica. Em certo instante, a sirene toca. Ooperrio B ouve o som da sirene 1,5 s aps o operrio At-lo ouvido. Considerando a velocidade do som

constante e de mdulo 340 m/s, a distncia, em metros,entre os dois operrios :

A B


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Soluo - 3

A B

VSom

(tSom

!!

!(

?

340

5,1

dsmV

st

Dados Som

Som

d

md

d

t

dV

SomSom

5105,1

340

!

!

(

!

Alternativa C


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Exerccios

4. (FEI-SP) Quando uma onda sonora atinge uma regioem que a temperatura do ar diferente altera-se:

a) a freqncia.

b) o comprimento de onda.c) o timbre.d) a intensidade do som.e) a altura do som.

AlternativaB

f constanteTemperatura varia

Densidade varia

V e P variam


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Exerccios

6. (Fatec-SP) Quando uma onda sonora peridica sepropaga do ar para a gua:

a) o comprimento de onda aumenta.

b) o comprimento de onda diminui.c) a freqncia diminui.d) a velocidade diminui.e) nda.

AlternativaA

f constante

Densidade aumenta

V e P aumentam


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Exerccios 7. Uma pessoa em P

1emite um som que alcana o

ouvido de outra pessoa, situada em P2, no fundo domar. Qual dos caminhos mostrados na figura desteproblema poderia representar a trajetria seguida pelaonda sonora de P1 at P2?

a) P1AP2.b) P1BP2.c) P1CP2.d) P1DP2.

e) P1EP2.

AlternativaD

f constanteDensidade aumenta

V e P aumentam

ngulo aumentaAfasta da normal


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Exerccios

8. (Fafeod-MG) Uma pessoa, a 680m de distncia deum obstculo refletor, d um grito e ouve o eco de suavoz. A velocidade do som no ar de 340m/s. O tempogasto entre a emisso do som e o momento em que apessoa ouve o eco, em segundos, igual a:

a) um valor que no pode ser calculado com os dadosfornecidos.

b) 1c) 2

d) 4e) 8

AlternativaD

Distncia percorrida pelo som d= 2v680= 1360m

Velocidade do som = 340m/s

sttt

dV 4

340

1360!(!(

(!


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Exerccios

9. (UFU-MG) Um estudante de Fsica se encontra a umacerta distncia de uma parede, de onde ouve o eco desuas palmas. Desejando calcular a que distncia seencontra da parede, ele ajusta o ritmo de suas palmas

at deixar de ouvir o eco, pois este chega ao mesmotempo que ele bate as mos. Se o ritmo das palmas de 30 palmas por minuto e a velocidade do som deaproximadamente 330m/s, a sua distncia da parede de:

Freqncia das palmas f=30 palmas/minVelocidade do som = 330m/s

Intervalo de tempo entres as palmas (T) = tempo de eco ((t)


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Exerccios Soluo 9

Freqncia das palmas f=30 palmas/minVelocidade do som = 330m/s

Intervalo de tempo entres as palmas (T) = tempo de eco ((t)

md

dtd

V

sttttT

sTf

T

spalmasfs

palmaspalmasf

IDA

IDAVOLTAIDA

330

1330

1

221

1121

6030

min130

!

!!

!!(!

!!!

!!!

Alternativa C


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Exerccios

15. (FEI-SP) Um jornal publicou, recentemente, umartigo sobre o rudo e sua influncia na vida dos seresvivos. Esse artigo comentava, por exemplo, que, se umavaca ficasse passeando pela Avenida Paulista duranteum certo tempo, ela no daria mais leite, e uma galinha

deixaria de botar ovos. Considerando Io=1012W/m2,num local onde o rudo atinge 80dB, a intensidadesonora, em W/m2, :

24128812

1212

1010101010

810

log10

log1080log10

mWIII

IIIIo

!!!

!!!F

AlternativaA


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Exerccios (PUC-MG) A figura ao lado mostra uma corda vibrando no

estado estacionrio. A afirmativa incorreta :a) O comprimento de onda 120 cm.b) A corda vibra no terceiro harmnico.c) A distncia entre um ventre e um n consecutivo 30cm.d) O ponto P da corda vibra em movimento harmnico

simples.e) Se a velocidade de propagao vale 7,2m/s, a freqncia

de vibrao vale 8,64Hz.

1,80mP


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Exerccios Pela figura temos: L=1,80m (comprimento da corda) n=3 (Terceiro harmnico)

1,80m

P

mnL

n 2,138,122

33 !

!

! PPP 0,60m

0,3m

n

ventre

HzffL

Vnfn 68,12

2,73

2 33!

!

! AlternativaE


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Exerccios (FuvestSP) Um msico sopra a extremidade aberta de um

tubo de 25cm de comprimento, fechado na outraextremidade, emitindo um som na freqncia f =1700Hz. Avelocidade do som no ar, nas condies do experimento, V=340m/s . Dos diagramas abaixo, aquele que melhorrepresenta a amplitude de deslocamento da onda sonora

estacionria, excitada no tubo pelo sopro do msico, :

a) b) c) d) e)

25cm

20cm

15cm

10cm

0cm

5cm

AlternativaE


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Exerccios (U. Amazonas-AM) Para medir a freqncia de uma onda

sonora, utiliza-se um tubo de seco reta circular,provido de um mbolo, contendo partculas leves queacompanham as vibraes da onda, indicando aformao de ventres e ns. A figura abaixo mostra a

situao em que a posio do mbolo permite aformao de ondas estacionrias no interior do tubo.Considerando a velocidade do som no ar, dentro dotubo, 340m/s e o comprimento efetivo do tubo 60cm, afreqncia do som, em Hz, :

Alto-falante

mbolo

60cm


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Soluo Pela figura: terceiro harmnico V=340m/s L = 60cm = 0,6m

Alto-falante

mbolo

60cm

Terceiro Harmnico

HzffL

Vnfn 4256,04

3403

4 33!

!

!

Alternativa C

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