Universidade Federal RuralUniversidade Federal Ruraldo Semi-Árido - UFERSA

Ondas Sonoras

Subênia Karine de MedeirosSubênia Karine de Medeiros

Mossoró, Outubro de 2009

SOMO som é uma onda mecânica, longitudinal e

SOM, g

tridimensional que se propaga em um meio (não sepropaga no vácuo). Uma onda sonora está relacionadacom a densidade das partículas do meio através do qualo som se propaga.

Ondas Sonoras como Fl t õ d P ãFlutuações de Pressão

y1 = y(x,t) y2 = y(x + Δx,t)

SS

Δ

Δx

x x + Δx

A lit d d ãAmplitude de pressão:

A y>0: as partículas são deslocadas para a

y<0y>0

deslocadas para a direita.

-A y<0: as partículas são deslocadas para a esquerda.

Expansão

Pmáx

pCompressão

-Pmáx

Características do Som

Os sons caracterizam-se através de 3 parâmetros:Os sons caracterizam se através de 3 parâmetros:•INTENSIDADE: Se considerarmos sons da mesmafrequência, então vemos que a intensidade de um somestá relacionada com a amplitude de vibração da ondasonora. Quanto maior a amplitude, mais intenso é o som.

•ALTURA: É simplesmente a frequência da ondaALTURA: É simplesmente a frequência da onda.

•TIMBRE: Caracteriza sons mais complexos, constituídosp ,por vários harmônicos. É a característica que nos permiteidentificar os diferentes instrumentos produtores de sons.

Diapasão

Flauta

Violino

Voz (letra a)

Clarineta

A Frequência do SomqUltra-sons: Sons com frequênciasmuito elevadas, superiores a20000 Hz, que o ouvido humanonão consegue ouvir.

Sons audíveis: Para os sereshumanos - sons de frequênciahumanos sons de frequênciacompreendida entre os 20 Hz e os20 000 Hz.

Infra-sons - sons de frequência de0 a 20 Hz (não audíveis) Estes0 a 20 Hz (não audíveis). Estessons provocam náuseas eperturbações intestinais.perturbações intestinais.

Velocidade do Som

As ondas sonoras propagam-se em meios sólidos, líquidos ep p g , qgasosos, com velocidades que dependem das diferentescaracterísticas dos materiais. De um modo geral, asvelocidades maiores ocorrem nos sólidos e as menores, nosgases.

A 20°C, o som propaga-se no ferro sólido a 5100 m/s, naágua líquida a 1450 m/s e no ar a 343 m/s.g q

>> ... GasLíqSól vvv >>

•Velocidade do Som em um fluido:Velocidade do Som em um fluido:

B – Módulo de compressãoD id d d fl id

•Velocidade do Som em um sólido:

ρ - Densidade do fluido

•Velocidade do Som em um sólido:

Y Mód l d YY – Módulo de Young

•Velocidade do Som em um gás ideal:γ – Razão das capacidades caloríficasR Constante do gásR – Constante do gásT – TemperaturaM – Massa molar

Intensidade do Som

A intensidade do som é definida como a energia que a ondaA intensidade do som é definida como a energia que a ondasonora transporta por unidade de tempo por unidade de área.

•Intensidade e amplitude de deslocamento:

•Intensidade e amplitude da pressão:

A escala DecibelO intervalo de intensidade a que o ser humano é sensível é

A escala DecibelO intervalo de intensidade a que o ser humano é sensível émuito elevada, por este motivo, se adota uma escalalogarítmica para as intensidades do som.logarítmica para as intensidades do som.

Onde β representa o nível de intensidade sonora.

I0 é uma intensidade de referência, perto do limiar de audiçãoh 1000 Hhumana 1000 Hz.

Ondas Estacionárias e I t t d SInstrumentos de Sopro

Semelhante a reflexão de ondas transversais:Semelhante a reflexão de ondas transversais:Uma onda sonora também sofre reflexão, causa esta queorigina as ondas estacionárias.origina as ondas estacionárias.

Tubo Aberto

λ2 /2λ3 /2

L λ1 /2 L L λ3 /2

λ2 /2λ3 /2

λ λ

λ3 /

λ

22

1 1

L

L

⋅=

⋅=

λ

λ

22

2 2

L

L

⋅=

⋅=

λ

λ

22

3 3

L

L

⋅=

⋅=

λ

λ

11 =λ22 =λ

33 =λ

Tubo Fechado

λ3 /4λ5 /4

λ /4

L λ1 /4 L λ3 /4 L λ5 /4

λ5 /4

λ /4

λ5 /4

λ

λ3 /4

λ

λ5 /4

λ

44

1 1

L

L

⋅

⋅=

λ

λ

44

3 3

L

L

⋅

⋅=

λ

λ

44

5 5

L

L

⋅

⋅=

λ

λ

11 =λ33 =λ

55 =λ

Frequências Naturais e iRessonância

Batendo-se numa das hastes do diapasão, as duasvibram com determinada frequência (normalmente,440Hz) Essa é a freqüência natural (ou própria) do440Hz). Essa é a freqüência natural (ou própria) dodiapasão.

diapasão

Todos os corpos possuem uma freqüência própriap p q p p(prédio, ponte, copo, etc.).

Exemplo de RessonânciaExemplo de Ressonância

A ponte de Tacoma Narrows entrou em ressonância,provocada pela vibração dos cabos metálicos existentesem sua estrutura. Suas amplitudes de oscilaçãoaumentaram a ponto de provocar sua ruína.

Batimentos Batimentos

Efeito DopplerEfeito DopplerO f it D l d tit i f ôO efeito Doppler, para ondas sonoras, constitui o fenômenopelo qual um observador percebe uma frequência diferentedaquela emitida por uma fonte devido ao movimentodaquela emitida por uma fonte, devido ao movimentorelativo entre eles (observador e fonte).

É o que acontece quando uma ambulância, com sua sireneligada, passa por um observador (parado ou não).g , p p (p )Enquanto a ambulância se aproxima, a frequência por elepercebida é maior que a real (mais aguda); mas, à medida

l f t f ê i bid é ( ique ela se afasta, a frequência percebida é menor (maisgrave).

Observador em Repouso e fonte em movimento

Fonte aproxima-se do observador O : haverá um encurtamentoFonte aproxima-se do observador O1: haverá um encurtamentoaparente do comprimento de onda λ1, em relação ao λ normal. Afrequência percebida pelo observador será maior que a frequênciareal da fontereal da fonte.Fonte afasta-se do observador O2, haverá um alongamento aparentedo comprimento de onda λ2, em relação ao λ normal. A frequência2percebida pelo observador será menor que a frequência real dafonte.

O1O2

V

F

Observador em Repouso e fonte em movimento

Para o observador O1, que se aproxima de F, haverá um maiorú d t f t d d d tinúmero de encontros com as frentes de onda, do que se estivesse

parado. A frequência por ele percebida será maior que a normal.

Para o observador O2, que se afasta de F, haverá um menor númerode encontros com as frentes de onda, do que se estivesse parado. Afrequência por ele percebida será menor que a normal.

V V V V

O O

F

V 0O1 O2V=0

Efeito Doppler ConclusãoEfeito Doppler - ConclusãoMovimento de aproximação entre fonte e observador:Movimento de aproximação entre fonte e observador:

EMITIDARECEBIDA ff >

Movimento de afastamento entre fonte e observador:

EMITIDARECEBIDA ff <

Efeito Doppler Geral (vD – Velocidade do detetor, vS –velocidade da fonte e v – velocidade do Som):)