26 ondas sonoras

Ciências da Natureza e suas Tecnologias – FÍSICA

Ensino Médio, 2ª Série

ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER

ACÚSTICA

FÍSICA, 2º ANO Tópico – ONDAS SONORAS

E EFEITO DOPPLER

O QUE É SOM?

São ondas mecânicas que se propagam em meios

materiais.


E EFEITO DOPPLER

Imagem: Wilfredor / GNU Free Documentation License.

PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOM

• Os principais efeitos com os quais os engenheiros de som e músicos têm que lidar são:

• Difração

• Reflexão

• Interferência

• Refração

• Efeitos de transmissão, absorção e dispersão das ondas (1).

FÍSICA, 2º ANO Tópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPLLER

http://www.cea.inpe.br/~alex/FisicadaMusica/fisica_da_musica.pdf

Ondas podem ser longitudinais.

Portanto, as ondas sonoras são

longitudinais.


E EFEITO DOPPLER

Imagem: Popular Science Monthly Volume 13 / Public Domain

LONGITUDINAL: ONDA SE PROPAGA NA MESMA DIREÇÃO DO PULSO


E EFEITO DOPPLER

Imagem: August Adolf Eduard Eberhard Kundt / Public Domain

VELOCIDADE DO SOM

Vsólido

Vlíquido

Vgasoso

>

>


E EFEITO DOPPLER

FÍSICA,

FREQUÊNCIA AUDÍVEL

Infrassom Audível Ultrassom

20 Hz 20.000 Hz

VELOCIDADE DO SOM NO AR

340 m/s a 20º

330 m/s a 0ºC


E EFEITO DOPPLER

ALTURA: diferencia sons graves (baixo) de

sons agudos (alto).

Está relacionado à frequência da onda.

agudo

grave


E EFEITO DOPPLER

FÍSICA,

A

A

Imagem: Pluke / Public Domain

INTENSIDADE (VOLUME): diferencia sons

fortes de sons fracos.

Está relacionado à amplitude da onda.

Forte Fraco


E EFEITO DOPPLER

A A

Imagens: Pluke / Public Domain

TIMBRE: diferencia sons de mesma altura,

mesma intensidade tocados em instrumentos

diferentes.

Está relacionado à forma da onda.


E EFEITO DOPPLER

Som Musical Simples

Ruido, rock n’ roll, etc

Imagens: SEE-PE

RESSONADORES

• Cada instrumento musical possui uma "assinatura“ - um conjunto de características sonoras a ele associado que permite uma descrição matematicamente precisa dos sons que produz.

• Vimos que o som pode ser representado pela soma de diversas ondas individuais, conhecidas como componentes de Fourier.

• O resultado acústico da combinação de amplitudes, tempo de duração de cada um dos harmônicos presentes no som resultante, tipo do material de que é feito o instrumento e a forma de excitação do ar produz a forma sonora peculiar de cada instrumento, conhecida como timbre (2).


E EFEITO DOPPLER

Texto extraído do site:




NÍVEL SONORO é a relação entre a

intensidade do som ouvido e a intensidade

mínima.

LIMIAR DE AUDIÇÃO: I0 = 10-12 W/m2

)(:

)(log.100

10

dBdecibelunidade

I

I


E EFEITO DOPPLER

ECO é a reflexão do som.


E EFEITO DOPPLER

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Sons

Intensidade

Sonora (db)

Limiar de

audição

Sussurose

Riso suave

Conversas em

Lar tranquilo

Escritório com

máquinas de

escrever

Tráfego

urbano

Sirene de

Barco e

Oficina de

calderaria

Sensação

dolorosa

Imagem: Marek Mazurkiewicz / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

HARMÔNICOS A soma das diversas frequências individuais de uma

onda sonora pode ser representada, genericamente, como (3):

SOM = C1 + C2 + C3 + C4 + C5 + C6 + ...

• Cada termo Ci corresponde a uma determinada frequência, múltipla da frequência do termo C1. Chamamos de "série harmônica”.

• Decomposição harmônica do Lá fundamental (Lá4), de 440 Hz:

• Primeiro harmônico (fundamental): 440 Hz.

• Segundo harmônico (primeiro sobretom): 880 Hz

• Terceiro harmônico(segundo sobretom): 1760 Hz


E EFEITO DOPPLER




TUBOS SONOROS


E EFEITO DOPPLER

Tubo Sonoro Aberto

As duas extremidade são abertas

Tubo Sonoro Aberto

Uma extremidade é fechada e a outra aberta

TUBOS ABERTOS

vffv

1

2

2

11

1 ll

l

vf

vf

2

11

1

1

2

2

2

22

2 ll

l

vf

vf

2

22

2

2


E EFEITO DOPPLER

PRIMEIRO HARMÔNICO

SEGUNDO HARMÔNICO

Imagens: SEE-PE

3

2

2

33

3 ll

l

vf

vf

2

33

3

3

4

2

2

44

4 ll

l

vf

vf

2

44

4

4

TUBOS ABERTOS


E EFEITO DOPPLER

TERCEIRO HARMÔNICO

QUARTO HARMÔNICO

Imagens: SEE-PE

Tubos abertos para harmônico n

n

lnl n

n

2

2

l

vnf

vf n

n

n

2


E EFEITO DOPPLER

TUBOS FECHADOS

vffv

1

4

4

11

1 ll

l

vf

vf

4

11

1

1

3

4

4

33

3 ll

l

vf

vf

4

33

3

3

PRIMEIRO HARMÔNICO

TERCEIRO HARMÔNICO


E EFEITO DOPPLER

Imagens: SEE-PE

QUINTO HARMÔNICO

SÉTIMO HARMÔNICO

5

4

4

55

5 ll

l

vf

vf

4

57

5

5

7

4

4

77

7 ll

l

vf

vf

4

77

7

7

TUBOS FECHADOS


E EFEITO DOPPLER

FÍSICA,

Imagens: SEE-PE

Tubos fechados para harmônico n

Sendo n um número ímpar

n

l

nl n

n

44

l

vnf

vf n

n

n

4


E EFEITO DOPPLER

• No efeito Doppler do som, é

necessário distinguir as

situações em que ele é causado

pelo movimento da fonte ou do

observador. Isso porque o som

propaga-se no ar e ambos

podem ter velocidades relativas

a este. Já para a luz, que se

propaga no vácuo, importa

apenas a velocidade relativa

entre a fonte e o observador (4).

O EFEITO DOPPLER DO SOM


E EFEITO DOPPLER

Fonte De

tecto

r

v

Imagens: SEE-PE

tolstenko.net/blog/dados/Unicamp/2010.2/f428/aula6.ppt

EFEITO DOPPLER

Observador(V)

+ -

Fonte(VF)

+ -


E EFEITO DOPPLER

f’ frequência aparente (percebida pelo ouvinte)

f frequência real da fonte

).(´

F

o

vv

vvff

fontedavelocidadev

observadordovelocidadev

somdovelocidadev

F

o


E EFEITO DOPPLER

CONCLUSÃO •Essa assinatura mostra que a Física está direta e intimamente ligada aos detalhes da percepção musical. Física e Música... a Arte, de um modo geral, nunca serão objetivas e precisas a ponto de serem uma unanimidade, mas a simetria e a beleza observadas nas leis que governam a combinação das estruturas matemáticas, usadas na descrição dos sons, guardam estreita relação com a área da Música conhecida como Harmonia.

Nossa proposta foi apresentar alguns dos princípios em que a Acústica se baseia, os mecanismos de produção de som, o conceito das séries e da análise de Fourier e algumas das diferenças entre sons produzidos por diversos instrumentos e voz humana. Com isso, obtivemos os elementos necessários para distinguir sons gerados por diferentes instrumentos musicais mediante a análise da sua série harmônica ou “assinatura sonora”.

•Assim, a Física e a Matemática permitem a descrição e a compreensão objetivas das infinitas possibilidades de combinação de sons criadas pelos grandes mestres da Música. Elas podem ser vistas em vez de ouvidas na análise dos sons de suas obras e no perfeito equilíbrio entre as formas de onda instintivamente combinadas para formá-las.


E EFEITO DOPPLER

Texto extraído do site: http://www.cea.inpe.br/~alex/FisicadaMusica/fisica_da_musica.pdf

FIM DA AULA


E EFEITO DOPPLER

Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso

3 Wilfredor / GNU Free Documentation

License. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Maraca_tambor_y_furruco.svg

28/03/2012

5 Popular Science Monthly Volume 13 / Public Domain

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PSM_V13_D058_Sound_waves_2.jpg?uselang=pt-br

28/03/2012

6 August Adolf Eduard Eberhard Kundt / Public Domain

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kundt_tube.png

28/03/2012

7 Zina Deretsky, National Science Foundation, USA/ Public Domain

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hearing_mechanics.jpg

28/03/2012

9 e 10 Pluke / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CPT-sound-pitchvolume.svg

28/03/2012

11, 17, 18, 20, 21 e 23

SEE-PE. SEE-PE. 28/03/2012

14 Marek Mazurkiewicz / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chiroptera_echolocation.svg

28/03/2012

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