Unidade 3 - Ondas sonoras

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Série: 2° Anos Turma(s): H, N e O. Turno(s): Vespertino e Noturno. Bimestre: 2° 
Disciplina: Física.
 Professor: Genival Gonçalves da Costa Santos
Considerações
Unidade: 3 - Ondas sonoras. 
Página(s): 38 a 54.
Ondas sonoras são vibrações que ao penetrarem no nosso ouvido produzem sensações auditivas.
Somos capazes de perceber sons com frequência entre 20 Hz até 20000 Hz. Sons com frequência abaixo de 20 Hz são chamados de infrassom e acima de 20000 Hz chamados de ultrassom.
Características
· As ondas sonoras são ondas mecânicas, desta forma necessitam de um meio material para se propagarem.
· São longitudinais, ou seja, a direção da propagação é a mesma da direção da vibração.
· São tridimensionais, pois se propagam em todas as direções.
Velocidade do som
· O som se propaga nos meios sólidos, líquidos e gasosos. O valor da velocidade do som depende do meio material em que se propaga, sendo maior nos sólidos e menor nos meios gasosos.
· A velocidade do som depende também da temperatura do meio. Quanto maior a temperatura, maior será sua velocidade.
· No ar, à temperatura de 20 °C, a velocidade do som é de aproximadamente 340 m/s.
Fórmulas
Para calcular a velocidade do som, conhecendo a distância percorrida em um intervalo de tempo, usamos a fórmula do movimento uniforme:
 Onde: vs: Velocidade do som. ∆s: Distância percorrida e t: Intervalo de tempo.
A velocidade do som pode ainda ser encontrada usando-se a equação fundamental das ondas:
Onde: Vs: Velocidade do som ƛ: Comprimento de onda. f: Frequência da onda sonora. 
Intensidade, Altura e Timbre
Intensidade Sonora
Relacionada com a amplitude da onda sonora, a intensidade representa o volume do som. Assim sendo, quanto maior for a energia de vibração da fonte que emite a onda, mais intenso será o som.
O nível sonoro é uma grandeza física relacionada com a sensação auditiva que a onda sonora provoca.
A unidade de medida do nível sonoro é o bel (em homenagem a Graham Bell, inventor do telefone). Sendo mais comum o uso do submúltiplo, decibel.
Pessoas expostas a elevado nível sonoro podem apresentar diversos sintomas, tais como: intolerância a sons intensos, tontura, otalgia, zumbido e perda auditiva.
Altura
A altura do som está relacionada com a sua frequência. O som pode ser grave (baixa frequência) ou agudo (alta frequência).
A voz dos homens apresenta uma frequência menor que a voz das mulheres. Por isso, a voz masculina é classificada como grave e a feminina aguda.
As notas musicais são caracterizadas pela frequência.
Timbre
É a característica do som que nos permite distinguir dois sons de mesma altura e intensidade, mas que foram produzidos por fontes diferentes.
O som produzido por um instrumento musical é uma composição de várias ondas sonoras, o que dará o timbre característico do instrumento.
Reflexão das ondas sonoras
O som se propaga em todas as direções. Desta forma, o som que ouvimos é o resultado do som que foi emitido pela fonte sonora e também o que foi refletido pelas diferentes superfícies que nos cercam. (2º Ano: H, N e O – 05/06/2023)
A diferença do tempo de chegada do som emitido e do refletido aos nossos ouvidos normalmente é muito pequena. Neste caso, ouvimos apenas um reforço do som.
Nosso ouvido é capaz de distinguir dois sons como distintos quando o tempo entre eles é maior que 0,1 s. Assim, quando estamos a uma certa distância de um obstáculo, pode ocorrer o que chamamos de eco.
Efeito Doppler
É um efeito percebido por um observador quando existe um movimento relativo entre ele e a fonte emissora do som.
Quando o observador se aproxima da fonte, o som recebido é mais agudo (maior frequência). Ao se afastar, o som parece mais grave (menor frequência).
Um exemplo deste efeito é o som que ouvimos dos carros durante em uma corrida de fórmula 1.
Imagem ilustrativa do efeito doppler em repouso (esquerda) e em movimento (direita). 
O efeito é percebido a partir do movimento. Conforme a fonte de som ou luz se aproxima, a frequência percebida aumenta e ao se afastar do observador, a frequência diminui.
Fórmulas do Efeito Doppler
É importante perceber que a frequência de propagação da onda não varia. A fórmula é referente à frequência de onda captada pelo observador.
Fórmula clássica (som)
A fórmula clássica do efeito doppler utilizada para em sua relação com o som é:
A frequência percebida também aparece em alguns livros como frequência Doppler (reto f com reto fD subscrito).
· Quando fonte e observador se aproximam: + no numerador e - no denominador.
· Quando fonte e observador se afastam: - no numerador e + no denominador.
Exemplo Efeito Doppler: Suponha uma fonte sonora fixa, que emite um som de frequência de 680 Hz. Um observador se afasta desta fonte com uma velocidade constante de 60 m/s. Determine a frequência percebida pelo observador.
A situação pode ser esquematizada como a seguir:
A seta vermelha indica a posição e sempre aponta do observador para a fonte.
Como a velocidade e o vetor posição possuem sentidos contrários, utilizamos o sinal negativo na fórmula.
No caso do som, mais fácil de ser observado, pode-se notar que o som tende a se tornar mais grave à medida que a fonte se afasta do observador.
Considerações: 
· A velocidade da luz no ar é maior que a do som.
· A velocidade do som aumenta do ar para a água, já a velocidade da luz diminui.
· Os sons audíveis (para o ser humano) têm frequências menores que a da luz.
Série: 2° Anos Turma(s): H, N e O. Turno(s): Vespertino e Noturno. Bimestre: 2° 
Disciplina: Física.
 Professor: Genival Gonçalves da Costa Santos
Unidade: 3 - Ondas sonoras
Página(s): 38 a 54.
Sala: 
Página(s): 49 - Exercício(s): 1 e 4
1. (UEMG) Leia o excerto a seguir.
Sobre os telhados da noite
– no Irã
ecoa a voz agônica
dos que querem
se expressar.
Não é a ladainha dos muezins
e suas preces monótonas
(conformadas)
é o canto verde rasgando
o negro manto dos aiatolás
como se do alto das casas
fosse possível antecipar
– o parto de luz
que sangra na madrugada
Sísifo desce a montanha.
O poema faz referência ao som (voz agônica dos que querem se expressar) e à luz (parto de luz que sangra na madrugada), como símbolos da negação de uma realidade incômoda. O adjetivo verde, em canto verde, confirma essa aproximação. Do ponto de vista físico, luz e som são fenômenos que podem apresentar semelhanças ou diferenças. A esse respeito, são feitas as seguintes sentenças:
I. Quando se propagam no ar, som e luz têm a mesma velocidade.
II. Do ar para a água, a velocidade do som aumenta, enquanto a da luz diminui.
III. A frequência dos sons audíveis é maior que a frequência da luz.
IV. Somente o som apresenta comportamento ondulatório.
Está(ão) correta(s)
a) Apenas I e III.
b) Apenas III e IV.
c) Apenas II. 
d) Apenas IV.
Solução: Alternativa: c) Apenas II. 
Justificativa: 
I. Quando se propagam no ar, som e luz têm a mesma velocidade.
Incorreta. A velocidade da luz no ar é maior que a do som. 
II. Do ar para a água, a velocidade do som aumenta, enquanto a da luz diminui.
Correta. A velocidade do som aumenta do ar para a água, já a velocidade da luz diminui. 
III. A frequência dos sons audíveis é maior que a frequência da luz.
Incorreta. Os sons audíveis (para o ser humano) têm frequências menores que a da luz. 
IV. Somente o som apresenta comportamento ondulatório.
Incorreta. Ambos apresentam comportamento ondulatório.
4. (UERJ) Considere uma onda sonora que se propaga na atmosfera com frequência igual a 10 Hz e velocidade igual a 340 m/s. Determine a menor distância entre dois pontos da atmosfera nos quais, ao longo da direção de propagação, a amplitude da onda seja máxima.
Solução: A equação fundamental da Ondulatória relaciona a velocidade de propagação de uma onda, em determinado meio, ao seu comprimento e a sua frequência por meio da expressão V = λ.f . O comprimento de onda equivale à menor distância entre dois pontos da atmosfera na direção de propagação, nos quais a amplitude da onda é máxima. Assim, 340= λ.10
λ= 340 / 10
λ= 34
Página(s):50 - Exercício(s): 6 e 8
6. (UNICAMP-SP) O nível sonoro S é medido em decibéis (dB) de acordo com a expressão onde I é a intensidade da onda sonora e I0 = 10–12W/m2 é a intensidade de referência padrão correspondente ao limiar da audição do ouvido humano. Numa certa construção, o uso de proteção auditiva é indicado para trabalhadores expostos durante um dia de trabalho a um nível igual ou superior a 85dB. O gráfico abaixo mostra o nível sonoro em função da distância a uma britadeira em funcionamento na obra. 
a) A que distância mínima da britadeira os trabalhadores podem permanecer sem proteção auditiva?
Solução: Analisando o gráfico é possível concluir que, para um nível sonoro de 85 dB, a distância correspondente é de 10 m. Portanto, essa é a distância mínima que os trabalhadores devem permanecer sem necessitar de proteção auditiva.
b) A frequência predominante do som emitido pela britadeira é de 100 Hz. Sabendo-se que a velocidade do som no ar é de 340 m/s, qual é o comprimento de onda para essa frequência?
Solução: Utilizando-se a equação fundamental da ondulatória v = λ ⋅ f, tem-se:
c) Qual é a intensidade da onda sonora emitida pela britadeira a uma distância de 50 m?
Solução: 
8. A respeito dos fenômenos que ocorrem na propagação de ondas sonoras, julgue como verdadeiras ou falsas as sentenças a seguir, justificando-as. 
( ) Eco e reverberação são fenômenos ocasionados pela reflexão de ondas sonoras.
( ) Difração é um fenômeno que explica como uma onda sonora contorna um obstáculo.
( ) Em auditórios acusticamente mal planejados, ocorre refração, também denominada de continuidade sonora.
( ) Intensidade sonora é a taxa média de transferência de energia, ou seja, a quantidade de energia que as ondas sonoras transferem, através de uma área, durante o intervalo de tempo de um segundo.
( ) A superposição de ondas sonoras ocasiona interferência. 
Solução: 
(Verdadeira) Eco e reverberação são fenômenos ocasionados pela reflexão de ondas sonoras.
(Verdadeira) Difração é um fenômeno que explica como uma onda sonora contorna um obstáculo.
(Falsa) Em auditórios acusticamente mal planejados, ocorre refração, também denominada de continuidade sonora.
(Verdadeira) Intensidade sonora é a taxa média de transferência de energia, ou seja, a quantidade de energia que as ondas sonoras transferem, através de uma área, durante o intervalo de tempo de um segundo.
(Verdadeira) A superposição de ondas sonoras ocasiona interferência. 
Eco e reverberação são fenômenos causados pela reflexão de uma onda sonora quando esta bate em algum obstáculo e retorna para a fonte emissora. Se a onda refletida voltar antes da onda incidente ter
acabado, o fenômeno é chamado de reverberação, o que acontece para distâncias menores que 17 m. O comprimento das ondas sonoras é bastante variável, de forma que as ondas longitudinais acabam sendo maiores que alguns obstáculos encontrados na natureza, o que possibilita contorná-los. Na reverberação, o som breve refletido chega ao ouvido antes que o tímpano, já excitado pelo som direto, tenha tempo de se recuperar da excitação (fase de persistência auditiva). Dessa forma, o tímpano começa a ser excitado novamente, combinando duas excitações diferentes. Isso ocorre quando o intervalo de tempo entre o ramo direto e o ramo refletido é maior ou igual a zero, porém menor que 0,1 segundo. O resultado é uma “confusão” auditiva, o que prejudica o discernimento tanto do som direto quanto do refletido. É a chamada continuidade sonora, que ocorre em auditórios acusticamente mal planejados. A intensidade do som é a qualidade que permite caracterizar se um som é forte ou fraco e depende da energia que a onda sonora transfere. A intensidade sonora (I) é definida fisicamente como a potência sonora recebida por unidade de área de uma superfície. Interferência representa a superposição de duas ou mais ondas em um mesmo ponto. Essa superposição pode ter caráter de aniquilação, quando as fases não são iguais (interferência destrutiva), ou pode ter um caráter de reforço, quando as fases combinam (interferência construtiva).
Página(s): 51 - Exercício(s): 9. 
9. (ENEM) Leia o excerto a seguir.
Os fones de ouvido tradicionais transmitem a música diretamente para os nossos ouvidos. Já os modelos dotados de tecnologia redutora de ruído – cancelamento de ruído (CR) – além de transmitirem música, também reduzem todo ruído inconsistente à nossa volta, como o barulho de turbinas de avião e aspiradores de pó. Os fones de ouvido CR não reduzem realmente barulhos irregulares como discursos e choros de bebês. Mesmo assim, a supressão do ronco das turbinas do avião contribui para reduzir a “fadiga de ruído”, um cansaço persistente provocado pela exposição a um barulho alto por horas a fio. Esses aparelhos também permitem que nós ouçamos músicas ou assistamos a vídeos no trem ou no avião a um volume muito menor (e mais seguro).
Disponível em: https://tecnologia uol com.br. Acesso em 21 abr 2015. Adaptado. 
A tecnologia redutora de ruído CR utilizada na produção de fones de ouvido baseia-se em qual fenômeno ondulatório?
a) Absorção.
b) Interferência. 
c) Polarização.
d) Reflexão.
e) Difração
Solução: Alternativa: c) Polarização. 
Justificativa: Para eliminar os ruídos, a tecnologia CR deve produzir uma onda de mesma frequência da incidente, mas em oposição de fase para gerar uma interferência destrutiva.
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