aula9

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Biofísica
Biofísica da Audição
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INTRODUÇÃO
Onda:
 Denomina-se onda uma perturbação que se propaga num meio. 
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CLASSIFICAÇÃO
 Natureza das ondas 
I - Ondas mecânicas 
Necessitam de um meio material para se propagarem. Ex: som, ondas numa corda, na superfície da água, etc. Daí decorre que: 
As ondas mecânicas não se propagam no vácuo. 
II - Ondas eletromagnéticas 
São aquelas originadas por cargas elétricas oscilantes, como por exemplo, as produzidas na antena transmissora de uma estação de rádio ou TV. Não necessitam de um meio material para se propagarem. 
As ondas eletromagnéticas propagam-se no vácuo e em certos materiais. 
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CLASSIFICAÇÃO
 Ondas transversais 
São aquelas em que a direção de propagação da onda é perpendicular à direção de vibração. São exemplos as ondas numa corda e as ondas eletromagnéticas. 
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CLASSIFICAÇÃO
 Ondas longitudinais 
São aquelas em que a direção de propagação da onda coincide com a direção de vibração. O som se propaga nos gases e nos líquidos através de ondas longitudinais. 
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Pulso de Ondas
Podemos pensar em ondas como a propagação de energia, caso essa propagação ocorra em um meio material, como o ar, teremos ondas mecânicas, se as ondas propagam-se no vácuo teremos ondas eletromagnéticas. As ondas sonoras são ondas mecânicas e podem propagar-se em meios sólidos, líquidos e gasosos. Na figura abaixo temos a propagação de um pulso de uma onda em um meio material, uma corda. O pulso de uma onda é a propagação da pertubação através do meio.
Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas1/ondulatorio.html
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Ondas
Caracterizamos as ondas mecânicas periódicas, ou simplesmente, ondas periódicas, pela oscilação dos átomos e moléculas que compõe o meio, onde a onda se propaga. A freqüência da onda (f), Hertz (Hz), é a frequência de oscilação do átomos e moléculas do meio. O período, T = 1 / f,  é o tempo que leva para um átomo ou molécula particular passar por um ciclo completo do movimento de oscilação. O comprimento de onda () é a distância, entre dois átomos, que oscilam em fase, ao longo da direção de propagação da onda mecânica. 
Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas1/ondulatorio.html
Amplitude{
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Ondas
Temos uma relação simples entra o comprimento de onda, velocidade de propagação da onda (v) e a freqüência da onda (f), que é dada por:
				 v = f.
Por exemplo: Consideremos uma onda do mar que aproxima-se da praia com velocidade de 1,8 m/s e um comprimento de onda de 2,4 m. Com qual freqüência a onda atinge a praia?
Solução: f = v /  = (1,8 m/s) / (2,4 m) = 0,75 s-1 ou 0,75 Hz .
O Hertz é a unidade de medida de freqüência, e é representado por Hz.
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Ondas
Vamos considerar outro exemplo. A figura abaixo mostra uma onda. Qual é o seu comprimento de onda? Se a frequência for de  12 Hz, qual é a sua velocidade de propagação? 
Solução: O comprimento de onda é de 3 m. Vemos claramente na figura que num total de 6 m a onda repete-se duas vezes. Com =3 m, temos que a velocidade de propagação (v) é dada como segue: v = f = 12 Hz. 3m = 36 m/s .
Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas1/ondulatorio.html
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Ondas Transversas e Longitudinais
Quando o deslocamento dos átomos ou moléculas for perpendicular à direção em que a onda está viajando, chamamos a onda de transversa, como na animação abaixo.
Para o deslocamento dos átomos ou moléculas coincidente com a direção de propagação, temos ondas longitudinais ou de compressão. Ondas transversas só podem ocorrer em meios sólidos, as ondas longitudinais em meios sólidos, líquidos e gasosos. Nas animações abaixo temos dois exemplos de onda longitudinal.
Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas1/ondulatorio.html
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Interferência
Quando temos duas ou mais ondas, viajando no mesmo meio independentemente, podemos ter situações onde elas passam uma através da outra. Temos a soma das ondas, que pode resultar numa interferência construtiva, as amplitudes das ondas somam-se, como na figura abaixo.
Tempo = 0
Tempo = 1
Tempo = 2
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Interferência
Outra situação de interferência entre ondas é a destrutiva, o máximo de uma onda coincide com o mínimo de outra onda, igual em amplitude, mas com sinais diferentes, no local do encontro teremos amplitude zero, como na figura abaixo.
Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas1/ondulatorio.html
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Interferência
Podemos estender o conceito de interferência para dimensões maiores, como na interferência de duas ondas circulares em lago. Nesse caso o padrão de interferência  resulta da superposição dos máximos e mínimos da onda em determinados pontos, como mostra a figura abaixo.
Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas1/ondulatorio.html
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Reflexão e Transmissão de Ondas
Ondas mecânicas ao chocarem com objetos sofrem reflexão. Na figura abaixo vemos uma onda em uma corda chocando-se sobre uma parede, onde possui uma extremidade presa. A corda na parte da onda que chega à parede exerce uma força para cima sobre a mesma. Pela terceira lei de Newton, a parede exerce uma força igual e para baixo sobre a corda, invertendo a amplitude da onda, e enviando para trás um pulso igual e invertido. 
Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas1/ondulatorio.html
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Reflexão e Transmissão de Ondas
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Ondas Sonoras
As ondas sonoras são produzidas pela deformação de um meio, causadas por diferenças de pressão. Para propagação das ondas sonoras necessitamos de um meio material, líquido, sólido ou gasoso. Não há propagação de ondas sonoras no vácuo. Os sons são, na sua maioria, produzidos pela vibração de objetos sólidos, como o diafragma de um alto-falante de uma caixa de som. Quando o diafragma se movimenta para fora da caixa acústica cria uma região de alta pressão, devido à compressão do ar que está próximo ao diafragma. Da maneira similar, ocorre uma rarefação, quando o diafragma se volta para dentro da caixa. A figura abaixo ilustra a produção de som pelo alto-falante. 
Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html
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Ondas Sonoras
Quando as variações de pressão chegam às nossas orelhas, os tímpanos são levados a vibrar, causando a sensação fisiológica do som. Uma pessoa com audição normal consegue ouvir uma faixa de frequências que varia aproximadamente entre 20 e 20000 Hz. Ondas que apresentam freqüências abaixo de 20 Hz são chamadas de infra-sônicas. Ondas com freqüências acima de 20000 Hz são chamadas ultra-sônicas.
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QUANTIFICAÇÃO DO SOM
Unidades dimensionais
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QUANTIFICAÇÃO DO SOM
Unidades dimensionais
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QUANTIFICAÇÃO DO SOM
Unidades dimensionais
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QUANTIFICAÇÃO DO SOM
Unidades adimensionais
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Decibel
Para medimos a intensidade de um som usamos uma escala logarítmica chamada de decibel. Ela é uma razão entre valores, com um valor de referência. A intensidade do som no limiar da audibilidade, I0, é 10 -12 W/m2. A intensidade som indica o fluxo da potência acústica sobre uma dada área. A equação para decibel é da seguinte forma:
			 10 log10(I/I0)   dB 
Como exemplo vamos determinar a intensidade de um ruído na escala de decibéis. Consideremos o ruído de um discurso, que tem intensidade I = 10-6 W/m2.
Solução: Valor em dB = 10 . Log10(10-6/10-12) = 10.Log10(106) = 6.10 = 60 dB
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Decibel
Consideremos agora o ruído de um avião a jato, que tem intensidade aproximada de I = 1 W/m2.
Solução: Valor em dB = 10 . Log10(1/10-12) = 10.Log10(1012) = 12.10 = 120 dB
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Sistema Auditivo
Os sistemas auditivos usam mecanorreceptores para converter ondas sonoras em potenciais de ação. Na audição humana as ondas sonoras são captadas pelo pavilhão da orelha, que as direciona para o interior do meato auditivo externo (canal), que então, as conduz para a orelha média e interna.
Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html
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Sistema Auditivo
A membrana timpânica, ou simplesmente tímpano, recobre a extremidade proximal do meato auditivo externo. As ondas sonoras, ao atingir a membrana timpânica, levam-na a vibrar. Seguindo-se o tímpano temos a orelha média, que apresenta ligação com a nasofaringe por meio da tuba auditiva.
orelha
externa
orelha
interna
orelha
média
tuba
auditiva
Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html
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Sistema Auditivo
Na orelha média encontram-se os ossos auditivos: estribo, bigorna e martelo. Esses ossos transmitem a vibração sonora para uma membrana flexível, chamada janela oval. Atrás da janela oval temos a orelha interna. A vibração da janela oval resulta em variações de pressão no líquido encontrado no interior da orelha interna. 
orelha
externa
orelha
interna
orelha
média
tuba
auditiva
Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html
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As ondas mecânicas, que propagam-se no líquido no interior da cóclea, serão convertidas em potenciais de ação, que levarão a informação auditiva ao cérebro.
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Sistema Auditivo
BIOFÍSICA
Fonte: Purves et al., Vida A ciência da Biologia. 6a. Ed. Artmed editora, 2002 (pg. 802).
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Sistema Auditivo
Fonte: Purves et al., Vida A ciência da Biologia. 6a. Ed. Artmed editora, 2002 (pg. 803).
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ANOMALIAS DA AUDIÇÃO
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TESTE DO DIAPASÃO
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VÍDEOS