Ondas parte 2 - Física II (UFCG)

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SOM
Física II
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A Natureza do Som
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Onda Longitudinal – O deslocamento das moléculas de ar é paralelo à direção de propagação da onda...
Natureza do Som
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Corpos em vibração produzem sons
O som se propaga em fluidos e sólidos
O som se propaga em meios materiais sem que haja transporte de matéria de um ponto a outro
Ouvido humano – 20 Hz a 20 kHz
Lembrando...
Reflexão, Interferência, Batimento e Difração
Natureza do Som
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Deslocamento de fluido
muda a densidade
Mudança de densidade gera mudança de pressão
Variação de pressão
produz deslocamento
Densidade X Pressão
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ENERGIA DE ONDAS SONORAS
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Densidade de Energia Média por Unidade de Volume
ONDAS EM TRÊS DIMENSÕES
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Estas ondas são geradas por uma fonte puntiforme que oscila com movimento harmônico simples. O comprimento de onda é a distancia entre cada superfícies esféricas (concêntricas) sucessivas. Cada superfície esférica é uma frente de onda.
O movimento das frentes de onda pode ser representados por raios, retas perpendiculares às frentes de onda.
A distâncias muito grandes de uma fonte, uma pequena parte da frente de onda pode ser representada por um plano (ondas planas).
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8
Ondas Sonoras
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Relação Densidade - Pressão
Isotérmico
Adiabático
Ondas Sonoras
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Relação Deslocamento – Densidade
Variação de densidade associada à onda de deslocamento
Ondas Sonoras
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Relação Pressão - Deslocamento
Variações de pressão produzem deslocamento do fluido
Ondas Sonoras
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A Velocidade do Som
Velocidade do som em um fluido
Ondas Sonoras
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A Velocidade do Som em Gases
Para uma massa M de gás de massa molecular m
Ondas Sonoras
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A Velocidade do Som na Água
Módulo de elasticidade volumétrico
Ondas Sonoras
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A velocidade depende, também, da temperatura. Para a propagação do som através do ar, a relação entre a velocidade da onda e a temperatura do ar é:
Tar é a temperatura do ar em graus Celsius
331 m/s é a velocidade do som a zero graus Celsius
Ondas Sonoras Harmônicas
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Onda sonora harmônica progressiva
Onda de pressão correspondente à onda de deslocamento
onde
Ondas Sonoras Harmônicas
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Intensidade
Energia média transmitida através da secção, por unidade de tempo e área
Como calcular?
Ondas Sonoras Harmônicas
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Ou
Ondas Sonoras Harmônicas
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Limiar da audibilidade
Para
A amplitude de deslocamento associada é
Limiar da dor
Ondas Sonoras Harmônicas
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Nível de Intensidade Sonora (Weber e Fechner)
Exemplos:
	Limiar da audibilidade	 0 dB
	Murmúrio		20 dB
	Música suave		40 dB
	Conversa comum		65 dB
	Rua barulhenta		90 dB
	Avião próximo	 100 dB
	Limiar da dor	 120 dB
Sons Musicais
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A característica que distingue um som musical de um ruído é a periodicidade.
Qualidades que distinguimos num som musical, pelas sensações subjetivas que provoca, são sua Intensidade, Altura e Timbre.
Sons Musicais – Altura (Pitch)
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Em música, altura (PITCH) refere-se à forma como o ouvido humano percebe a frequência fundamental dos sons (i.e. o tom). As baixas frequências são percebidas como sons graves e as mais altas como sons agudos, ou os tons graves e os tons agudos. Tom é a altura de um som na escala geral dos sons.
Como em vários outros aspectos da música, a percepção das alturas é relativa. Isso significa que a maioria das pessoas percebe as alturas em relação a outras notas em uma melodia ou um acorde. Algumas pessoas têm a capacidade de perceber cada frequência de modo absoluto. Diz-se que estas pessoas têm ouvido absoluto. O possuidor de tal ouvido pode dizer se um tom tocado acusticamente é mais agudo ou mais baixo em relação à uma entonação padrão.
Sons Musicais – Timbre 
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Dois sons musicais de mesma intensidade e altura podem diferir por outra qualidade que chamamos de timbre do som.
Nosso ouvido distingue claramente a diferença entre a mesma nota Lá emitida por um piano, violino, flauta ou pela voz humana.
É a “cor” do som...
Podemos representar a onda associada ao som musical por uma Série de Fourier (tom fundamental mais os tons harmônicos)
Produção da Fala
O Princípio de Huygens
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Christian Huygens 
1629 - 1695 
Cada ponto de uma frente de ondas comporta-se como fonte puntiforme de novas ondas (Huygens, 1678)
Difração
É o desvio ou espalhamento que e uma onda apresenta, contornando ou transpondo obstáculos em seu caminho.
A difração será tanto mais intensa quanto maior for o comprimento de onda quando comparado ao tamanho do obstáculo.
Difração
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Na prática...
Objetos que são menores que 1/6 do comprimento de onda são ’transparentes’ ao som.
Objetos com tamanhos comparáveis ao comprimento de onda espalham ou difratam a onda sonora.
Objetos com tamanhos de mais de 5-10 comprimentos de onda refletem a onda sonora.
Reflexão e Refração
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Lei da Reflexão
Lei da Refração (Lei de Snell)
Refração
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Efeito Doppler
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Por que a sirene de uma ambulância soa mais aguda quando ela está se aproximando de nós e mais grave quando está se afastando?
Efeito Doppler
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Fonte em repouso
Observador (A ou B) com velocidade vobs se aproximando da fonte
Observador (A ou B) com velocidade vobs se afastando da fonte
Fonte
Parada
+ para aproximação
- para afastamento
Efeito Doppler
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Fonte em Movimento
Fonte com velocidade vF se aproximando do Observador B 
Fonte com velocidade vF se afastando do Observador A 
Observador
Parado
- para aproximação
+ para afastamento
Efeito Doppler
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Fonte e Observador em Movimento
Combinação das duas situações discutidas anteriormente:
Fonte
e Observador
Móveis
Sinais Superiores (Inferiores)
para Aproximação (Afastamento)
Efeito Doppler
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Fonte em movimento numa direção qualquer
Fonte
Observador
Parado
vF

Cone de Mach
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Ernst Mach
1838 - 1916
vF
vsom

Cone de Mach
Número de Mach
Cone de Mach
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