Acústica e instrumentos musicais

Prévia do material em texto

Introdução:
No trabalho a seguir será apresentado uma pesquisa sobre uma área da Física que fala sobre Acústica e os Instrumentos Musicais. Quando falamos de som e música, raramente pensamos em física e na análise científica necessária para entender a propagação do som e suas nuanças, nas propriedades físicas do som e nos detalhes ligados ao processo que antecede a apreciação da arte musical. O objetivo desse trabalho é conhecer e aprender outro fatores sobre a ligação da música com a ciência, em outras palavras, a associação da estética musical à teoria dos números.
Acústica 
A área da Física que estuda o som é chamada de Acústica. Para entende-la melhor precisamos relembrar alguns conceitos:
Onda: é a variação periódica de uma grandeza física. Uma onda é composta por:
Crista: Pontos de maior intensidade, o topo da onda.
Vale: Pontos de menor intensidade da onda.
Nível Médio: Pontos entre as Cristas e os Vales.
A distância entre a crista ou o vale e o nível médio é chamada amplitude (y). Já a distância entre duas cristas consecutivas ou dois vales consecutivos é chamada de comprimento de onda (λ).
Onde:
λ – Comprimento 
y - Amplitude
O tempo que uma oscilação leva para se repetir é chamada de período(T), medido em segundos(S). A frequência(F) significa quantas vezes uma oscilação se repete por unidade de tempo, medida em Hertz(Hz) dessa forma: 
F= 1/t
O Som
O Som é uma onda mecânica que possui a intensidade e frequência necessárias para ser percebida pelo ser humano. Entendemos como onda mecânica uma onda que precisa de meios materiais, como o ar ou o solo, para se propagar. As frequências audíveis pelo ouvido humano ficam entre 16 Hz e 20000Hz (20kHz). Dentro desta faixa a encontram-se a voz humana, instrumentos, musicais, alto-falantes, etc.
Abaixo de 16Hz temos os infra-sons, produzidos por vibrações da água em grandes reservatórios, batidas do coração, etc.
Acima de 20kHz estão os ultra-sons emitidos por alguns animais e insetos (morcegos, grilos, gafanhotos...), sonares, aparelhos médicos e industriais.
Os dispositivos que produzem ondas sonoras são chamados de fontes sonoras. Entre os que mais se destacam estão aqueles compostos por:
Cordas vibrantes como violão o  piano, as cordas vocais etc.
Tubos sonoros como órgão flauta, clarineta.
Membranas e placas vibrantes tal como o tambor
Hastes vibrantes como o diapasão, triângulo, etc.
Podemos caracterizar os sons a partir de sua intensidade, altura ou timbre.
Características do Som 
Podemos caracterizar os sons a partir de sua intensidade, altura ou timbre.
A intensidade está ligada à quantidade de energia transportada pelo som. Desta forma, conforme a intensidade do som diz que ele é mais forte (a onda possui maior amplitude) ou mais fraco (a onda possui menor amplitude).
A altura está relacionada com a frequência do som. Assim distinguimos os sons mais altos como os de maior frequência (mais agudos) e os mais baixos como os de menor frequência (mais graves). As notas musicais buscam agrupar diferentes frequências sonoras produzidas por um instrumento.
O timbre corresponde ao conjunto de ondas sonoras que formam um som. O timbre permite diferenciar diferentes fontes sonoras, por exemplo, é fácil perceber que os sons de uma guitarra e de uma flauta são completamente diferentes.
A velocidade do som no ar é de 340 m/s. A fórmula que relaciona velocidade, amplitude e frequência sonora é:
V = λ . f
A Física e os Instrumentos Musicais
Quem não gosta de ouvir uma boa música? Existem músicas para todos os gostos.
O som musical, em geral, é aquele que se apresenta de forma agradável aos nossos ouvidos, cuja onda sonora apresenta certa regularidade. Instrumentos musicais são dispositivos que produzem esse tipo de som.
Instrumentos musicais são classificados em três grupos, os instrumentos de cordas, instrumentos de sopor e instrumentos de percussão. Como a física explica o funcionamento desses instrumentos, é que veremos agora.
Instrumentos de Cordas
Se pararmos pra pensar um pouco, podemos enumerar um grande número de instrumentos de corda: violão, violino, piano, harpa, guitarra, contrabaixo, etc. Nesses instrumentos, o som é produzido a partir de cordas, que quando acionadas provocam compressões e rarefações no ar, chamadas ondas sonoras.
Também chamada de cordas vibrantes, as cordas dos instrumentos musicais, quando vibram produzem ondas transversais que, superpondo-se às refletidas nas extremidades, originam uma onda estacionária. 
O modo mais simples de vibração da corda caracteriza sua frequência fundamental, correspondente à vibração entre as extremidades de fixação da corda (nós) e um ponto médio. O segundo modo de vibração corresponde aos nós das extremidades e a um nó no ponto central. O terceiro modo corresponde a mais um nó entre os nós extremos, e assim, cada novo modo de vibração corresponde a mais um nó intermediário. 
A distância entre dois nós consecutivos corresponde a meio comprimento de onda  e a frequência de oscilação é dada por ,  onde v é a velocidade da onda na corda.
Instrumentos de Sopro 
Os instrumentos de sopro são constituídos por tubos sonoros. É muito fácil nos lembrarmos desses instrumentos: saxofone, trombone, trompete, flauta, etc.
Se você soprar dentro de uma garrafa de vidro, por exemplo, irá observar esta emitira um som. Isso acontece porque a coluna de ar dentro da garrafa entra em vibração emitindo uma onda sonora. A produção dessa onda em uma das extremidades é devida a um dispositivo denominado embocadura. A extremidade oposta à embocadura, pode ser aberta ou fechada dando origem a dois tipos de tubos sonoros, os abertos e os fechados.
Nos tubos abertos a onda estacionária longitudinal que se forma apresenta um ventre em ambas as extremidades. O modo mais simples de vibração corresponde a um nó no ponto central do tubo. A cada novo modo de vibração, surge mais um nó intermediário.
A distância entre dois ventres consecutivos é igual à metade do comprimento de onda e a frequência é dada por: .
Nos tubos sonoros fechados a onda estacionária longitudinal, apresenta um ventre na extremidade da embocadura e um nó na extremidade fechada. Para cada modo de vibração existente, mantém-se o nó na extremidade fechada e aumenta-se um nó intermediário. 
A distância entre o ventre e o nó consecutivo corresponde a um quarto dos comprimentos de onda.
Os instrumentos de percussão se comportam de maneira bem diferente dos demais. Os sons emitidos por eles podem ter suas origens das vibrações de membranas, hastes e superfícies metálicas, o que dificulta estabelecer um padrão de comportamento para eles.
Conclusão:
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Nome:_____________________________Numero:___Serie:____
Conclusão
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Nome:_____________________________Numero:___Serie:____
Conclusão
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Nome:_____________________________Numero:___Serie:____
Conclusão
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Nome:_____________________________Numero:___Serie:____
Conclusão
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Nome:_____________________________Numero:___Serie:____
Referência Bibliográfica:
http:/www.sbfisica.org.br/fne/Vol4/Num1/a10.pdf
http:/www.algosobre.com.br/física/acústica.html
https:/www.infoescola.com/física/acústica
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-fisica-os-intrumentos-musicais.htm