9.1 Espectro sonoro

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O espectro sonoro
O espectro sonoro é o conjunto de frequências de vibração que podem ser produzidas por diversas fontes sonoras. Podemos observar que ele encontra-se dividido em três zonas distintas: Infra-sons, Sons audíveis e Ultra-sons.
 Diagrama do espectro sonoro.
	
	
	
	Velocidade do som em meios diferentes:
O sistema auditivo humano consegue distinguir no som certas características chamadas propriedades ou qualidades fisiológicas do som. São elas:
1- A altura, 2- a intensidade, 3-duração e 4- o timbre.
1- Altura de um som: A altura é a qualidade que permite classificar um som em grave ou agudo.
Entre dois sons, o de menor frequência é mais grave (ou mais baixo), enquanto o de maior frequência é mais agudo (ou mais alto).
2- A intensidade energética mínima I0 abaixo da qual é impossível ouvir um som, chama-se limiar de audibilidade. O valor médio adotado é I0 = 10-12 W/m2.
A unidade SI de intensidade sonora é W/m2.
Além da intensidade energética, costuma-se definir intensidade fisiológica, mais conhecida como nível sonoro NS, relacionado com a sensação auditiva que a onda sonora provoca.
Considerando um som de intensidade energética I, e sendo I0 o limiar de audibilidade, o nível sonoro NS desse som, expresso na unidade  decibel (símbolo: dB) é definido pela relação:
 NS = 10.log (I/I0)
3- Duração: Assim como a intensidade e a altura, é possível identificar a duração de um som ao comparar dois ou mais sons. 
4- Timbre de um som
O timbre é a qualidade que permite distinguir sons de mesma altura e mesma intensidade, emitidos por fontes diferentes.
Uma mesma nota musical, tocada por uma flauta e por um violino, soa de forma diferente, de modo a possibilitar a identificação do instrumento.
Questões teóricas:
1) É correto afirmar sobre as ondas mecânicas:
a) transportam massa e energia
b) transportam massa e quantidade de movimento
c) transportam matéria
d) Transportam energia e quantidade de movimento
e) Nda
Resposta:
As ondas mecânicas são perturbações de um meio material elástico que se propagam por esse meio, transportando energia e quantidade de movimento.
Portanto, na propagação das ondas há transporte de energia e quantidade de movimento.
Alternativa “d”.
2 - Qual a faixa de freqüência perceptível ao ouvido humano ?
3 - Qual a faixa de freqüência perceptível para um cachorro.
4 - Um gato percebe freqüências que vão de 30Hz até 45 000Hz.  Qual destes extremos representa o som grave e qual representa o som agudo ?
5 - O som se propaga com a mesma velocidade em todos os meios ?  Geralmente qual a relação que existe entre a velocidade e o meio material.
6 - O que acontece com uma onda sonora quando você aumenta o volume do rádio ?
7 - Por que você tem que aumentar o volume se quiser ouvir o som a uma distancia maior ?
8) Quando se ouve uma orquestra tocando uma sonata de Bach, consegue-se distinguir diversos instrumentos, mesmo que estejam tocando a mesma nota musical. A qualidade fisiológica do som que permite essa distinção é:
a) a altura.
b) a intensidade.
c) a potência.
d) a frequência.
e) o timbre.
Resposta: 
O timbre é a qualidade que permite distinguir sons de mesma altura e mesma intensidade, emitidos por fontes diferentes. Por isso, quando se ouve uma orquestra consegue-se distinguir diversos instrumentos, mesmo que estejam tocando a mesma nota musical.
Resposta: e
9) São dados dois sons de frequências 600 Hz e 300 Hz. Assinale a afirmativa correta:
I) O som de 600 Hz é mais grave do que o de 300 Hz.
II) O som de 600 Hz é mais alto do que o som de 300 Hz.
III) O som de 600 Hz tem maior intensidade do que o de 300 Hz.
Resposta: 
O som de 600 Hz é mais agudo (mais alto) do que o som de 300 Hz. 
Portanto, a correta é a II
Exercícios
1) Na figura está representada a configuração de uma onda mecânica que se propaga com velocidade de 30 m/s. Analise a figura e determine a freqüência da onda em Hz.
Solução:
Pela figura podemos perceber que o comprimento é da ordem   λ/4 logo:
  ( λ/4) = 20 cm => λ = 4 x 20cm = 80 cm ou λ = 0,8m 
                                                      
Como a velocidade da onda é dada por : v = λ . f => f = v / λ
Sendo v = 30m/s temos que:
f = v / λ = 30 m x _1__ = 37,5 = 37,5 Hz
 s 0,8m s
Resposta: A frequência é f = 37,5 Hz
 
2) Suponha que em um local a velocidade do som seja 300m/s, na temperatura de 0°C. Neste mesmo local as temperaturas durante certa época do ano podem chegar a 40°C. Neste extremo de temperatura qual será a velocidade de propagação do som?
Utilizando a equação:
 
Sendo k uma constante de valor arbitrário e T a temperatura absoluta do ambiente. Podemos aplicar os valores na equação nas duas situações:
    ( A ) e (B)
Convertendo as temperaturas temos respectivamente 273K e 313K.
Dividindo uma equação (A) pela (B), temos: