17 - Física_B (Acústica)

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Disciplina: Física André Paranaguá (apmfisico@hotmail.com) 	Data: / /201__
Física B – Folha 17 – Acústica
Características do som:
As ondas sonoras são longitudinais (não pode ser polarizado), mecânicas, tridimensionais e com frentes de ondas esféricas. 
A velocidade do som no ar é aproximadamente igual a 340 m/s.
IPC!!! O som não se transmite no vácuo, porque exigem matéria para vibrar (se propagar). De uma maneira geral, os sólidos transmitem melhor o som do que os líquidos e estes melhor do que os gases.
Vsólido > Vlíquido > Vgases
As ondas sonoras podem se propagar com diversas frequências (harmônicos), porém a orelha humana é sensibilizada somente quando os sons chegam à orelha com frequência entre 20 Hz a 20.000 Hz, aproximadamente.
Infra-som: Menor que 20 Hz e Ultra-som: Maior que 20.000 Hz 
Qualidades fisiológicas do som
Altura (ou tom): É a qualidade que permite classificar o som em:
- Baixo (grave ou grosso): Baixa frequência.
- Alto (agudo e fino): Alta frequência.
Timbre: É a qualidade sonora que permite identifica os sons de mesma altura e de mesma intensidade, emitida por fontes sonoras diferentes.
Ele está relacionado com a forma da onda sonora.
Intensidade (ou volume): É a qualidade que permite distinguir um som forte de um som fraco.
I = 	Unidade: W/m²
Som forte => maior amplitude => muita potência e energia.
Som fraco => menor amplitude => pouca potência e energia. 
Nível sonoro 
	É o que escutamos.
 ou 
lo => intensidade do limiar da percepção auditiva (10-12 W/m²) 
OBS.: O limite superior (1 é chamado de limiar da sensação dolorosa. 
l => intensidade do som (W/m²).
β => nível da intensidade ou nível sonoro em decibéis.
Aplicação 1: Julgue as afirmações a seguir:
I. Todo som alto tem grande intensidade.
II. Sons baixos são aqueles que têm pequena intensidade.
III. Quanto maior a frequência de um som, mais alto ele é.
IV. A diferença entre um som forte e um som fraco está na frequência.
É (são) correta(s):
a) todas.
b) somente a I e a II.
c) somente a III e a IV.
d) somente a III.
e) somente a I, a II e a IV.
Aplicação 2:Um ser humano com boa audição é capaz de ouvir vibrações acústicas entre 20 Hz e 20.000 Hz aproximadamente. Considerando a velocidade do som no ar igual a 340 m/s, determine o comprimento de onda do som mais baixo que ele consegue ouvir.
a) 1,7 . 10-2m		b) 1,7 . 10-4m 
c) 1,7 . 101m		d)1,7. 10-3 m
Fenômenos sonoros
Reflexão: As ondas sonoras, ao encontrar um obstáculo, retornam produzindo uma série de ondas refletidas. 
A reflexão pode ocasionar o eco e a reverberação.
O ser humano só pode distinguir dois sons com intervalo de 0,1 s;
Se o tempo entre o primeiro e o segundo som escutado for igual ou maior que 0,1 s, teremos eco.
Distância mínima para acontecer o eco:
Dtotal = V.t
	Se o tempo entre o primeiro e o segundo som escutado for menor que 0,1 s, teremos reverberação (reforço do som).
Obs.: Para diminuir a reverberação, é preciso aumentar a absorção, revestindo as paredes, os tapetes, os móveis etc. com material apropriado (celotex).
Aplicação 3: Considere que uma pessoa só percebe o eco de sua voz quando o intervalo de tempo decorrido entre a emissão da voz e a recepção do som refletido em algum obstáculo é, no mínimo, igual a 0,10 s. A figura representa uma pessoa a uma distância d de um paredão:
A distância d no caso de a pessoa ouvir o eco 2,0 s após a emissão de sua voz é:
a) 170 m		b) 340 m	c) 680 m	d) 720 m
Refração: 
Fenômeno em que a onda sonora passa de um meio para o outro, mudando sua ___________ e o seu ___________, mas mantendo constante a sua ____________ e seu __________________.
Obs.1: Nesta mudança de meio, acontece também a absorção e som refratado é mais fraco (menos intenso) que o som emitido pela fonte sonora. 
Obs.2: Ar quente X Ar frio
Difração: É o fenômeno em que o som contorna os obstáculos, ou seja, as ondas sonoras sofrem desvios nas extremidades dos obstáculos que encontram.
Obs.: Quanto maior o comprimento de onda mais fácil a difração, ou seja, o som grave sofre difração com mais facilidade que o som agudo. 
Interferência: É o recebimento de dois ou mais sons de fontes diferentes.
Som forte => interferência construtiva
Som fraco => interferência destrutiva
Quando ondas sonoras de frequências f1 e f2 quase iguais interferem uma na outras, ocorre o batimento.
f de batimento = f2 – f1 (com f2 > f1)
Empiricamente admite-se que a frequência Fb=7Hz é o limite para a percepção humana do batimento.
Ressonância: É o fenômeno em que um corpo começa a vibrar por influência de outro, que está vibrando na mesma frequência natural. Frequência natural é a frequência que o corpo mais “gosta” de vibrar para absorver energia.
O sistema em ressonância passa a vibrar com amplitude crescente, que tende ao maior valor possível.
Ex.1: O vidro de uma janela pode se quebrar, ao entrar em ressonância com as ondas sonoras produzidas por um avião a jato.
Ex.2: A caixa de ressonância do violão aumenta a amplitude da onda.
CURIOSIDADE: O micro ondas emite ondas com a mesma frequência natural da água (2,45 GHz) fazendo as moléculas de água vibrar.
Aplicação 4: É noite. Um automóvel aproxima-se de uma esquina, onde há um grande edifício. Na situação representada na figura, uma pessoa na posição P ouve perfeitamente os ruídos do veículo, mas não pode vê-lo. Por quê?
a) A difração só ocorre com o som;
b) A velocidade do som é maior que a velocidade de luz;
c) O som sofre reflexão, mas a luz não;
d) A difração do som é muito acentuada, ao passo que a da luz praticamente não ocorre nessa situação.
Aplicação 5: Consideremos dois violões com as cordas lá igualmente afinadas. Estando um violão próximo ao outro, tangemos a corda lá de um deles e verificamos que a corda lá do outro também vibra. Qual fenômeno explica esse acontecimento?
a) reflexão			b) refração
c) batimento			d) ressonância
Aplicação 6: Num experimento de batimento, colocam-se a vibrar simultaneamente dois diapasões com frequências de 200 Hz e 206 Hz. Para se obterem batimentos de frequência igual a 3 Hz, em que frequência deve vibrar um diapasão, junto com o diapasão de 200 Hz?
a) 209 Hz	b) 206 Hz	c) 200 Hz	d) 197 Hz
Cordas vibrantes 
Consideremos uma corda de comprimento L, fixa em suas extremidades e esticadas para permanecer tensa quando submetidas às forças de tração.
	Na figura “a” temos a representação de som fundamental ou 1° harmônico (f1). 
	Na figura “b” temos a representação do 2º harmônico. (f2 = 2.f1).
	Na figura “c” temos a representação do 3° harmônico. (f3 = 3.f1).
Obs.: O número de harmônico é contado pelo número de ventre nas cordas vibrantes. 
f => frequência (Hz)
n => número do harmônico (= número de ventre)
V => velocidade da onda (m/s)
L => comprimento da corda (m)
Aplicação 7: Uma corda de massa m = 240 g e comprimento igual 1,2 m vibra com frequência de 150 Hz, no estado estacionário esquematizado a seguir.
A velocidade de propagação das ondas que originam o estado estacionário nessa corda é de:
a) 120 m/s	b) 100 m/s	c) 96 m/s	d) 12 m/s
Tubo aberto
Possui as duas extremidades abertas com as ondas sonoras se refletindo nas paredes. 
Obs.: O número de harmônico é contado pelo número de nós. 
1º harmônico ou fundamental.
2º harmônico.
___º harmônico.
Tubo fechado
	É aquele que possui uma de suas extremidades fechadas, com as ondas sonoras se refletindo nas paredes.
	Num tubo fechado, só podemos obter harmônicos de frequências ímpares, isto é, f1, f3, f5, f7 etc.
1º harmônico ou fundamental
____º harmônico
____º harmônico
fn = n . f1
	N° de nós
	Harmônicos
	1
	1° ou fundamental
	2
	3°
	3
	
	4
	
	5
	
n => número de harmônico para tubo fechado. (SÓ PODE SER ÍMPAR) 
Aplicação 5: Um tubo sonoro aberto emite seu 5º harmônico com frequência igual a 1700 Hz. Sendoa velocidade do som 340 m/s, determine o comprimento do tubo.
Aplicação 6: A figura abaixo representa uma onda estacionária que se forma em um tubo sonoro fechado. A velocidade de propagação do som no ar é 340 m/s. A frequência do som emitido pelo tubo é aproximadamente:
a) 212 Hz	b) 284 Hz	c) 340 Hz	d) 425 Hz
Efeito Doppler
	A frequência ouvida pelo observador (fo) depende do movimento relativo:
	Na aproximação: A frequência ouvida pelo observador (fo) é maior que a frequência da fonte (ff). => O som fica agudo.
	No afastamento: A frequência ouvida pelo observador (fo) é menor que a frequência da fonte (ff). => O som fica grave.
Demonstração de fórmula
fo: frequência ouvida pelo observador;
f: frequência da fonte;
v: velocidade do som;
vo: velocidade do observador;
vf: velocidade da fonte. 
Obs.:	vo = 0, o observador está parado.
	Vf = 0, a fonte está parada.
Aplicação 7: Um observador à frente de uma ambulância com velocidade constante de 108 km/h, vindo ao seu encontro, e a sirene ligada, emitindo um som de frequência 1.200 Hz. Sabendo que a velocidade do som no local é 330 m/s, qual a frequência do som ouvido pelo observador?
Exercícios EEAR
1) (EEAR 2015) Sabendo-se que a limiar da audição humana é de 10-12 W/m², mediu-se ao lado de um motor em funcionamento, a intensidade do som gerado como sendo de 10-3 W/m². Portanto, o nível sonoro é de _____dB.
a) 9		b) 15		c) 36		d) 90 
2) (EEAR 2014) Se o ser humano pode ouvir sons de 20 a 20000Hz e sendo a velocidade do som no ar igual a 340 m/s, qual o menor comprimento de onda audível pelo ser humano, em m?
a) 17		b) 1,7		c) 1,7.10-1	d)1,7.10-2
3) (EEAR 2010) As figuras abaixo representam ondas sonoras emitidas por 3 dispositivos diferentes. 
A qualidade do som que permite ao ouvinte identificar a diferença entre os sons gerados pelos dispositivos é
a) a altura.			b) o timbre.
c) a intensidade.		d) o comprimento de onda.
4) (EEAR – 2009.1) Considerando os tubos sonoros, observe as afirmações abaixo: 
I - Em um tubo aberto, todos os harmônicos estão presentes. 
II - em um tubo fechado, somente os harmônicos pares estão presentes. 
III – A frequência dos harmônicos é diretamente proporcional ao comprimento do tubo sonoro, tanto aberto, quanto fechado. 
Está (ão) correta (s): 
a) I e II.	 b) I, II e III. 	
c) somente a I. 		 d) somente a II. 
 
05) (EEAR – 2009.2) Determine a frequência, em kHz, do 5° harmônico de um tubo sonoro aberto de 40 cm de comprimento, contendo ar no seu interior, no qual o som se propaga com velocidade de 320 m/s. 
a) 1,0 	b) 2,0 	c) 100,0 	d) 200,0 
06) Para se evitar a poluição sonora, deve se limitar nos sons a/o
a) altura b) timbre c) frequência d) intensidade
 07) (EEAR – 2009.2) Dentre as frases a seguir, a respeito de Ondulatória e Acústica, são corretas: 
I – a voz masculina apresenta, geralmente, menor frequência que a voz feminina; 
II – o timbre depende da forma das vibrações, isto é, da forma da onda sonora; 
III – as ondas infrassônicas e ultrassônicas são ondas eletromagnéticas e, por este motivo, inaudíveis para o ser humano; 
IV – a altura é a qualidade do som que depende da amplitude da onda sonora. 
a) I e II 		b) todas 	c) III e IV 	d) I, II e III 
 
08) (EEAR – 2010.1) A altura é uma qualidade do som que se refere à _______________ da onda sonora. 
a) intensidade 	b) velocidade 
c) frequência 	d) amplitude 
 
09) (EEAR – 2011.2) O valor mínimo da escala de intensidade sonora corresponde a 10–12 W/m². Assinale a alternativa que indica corretamente o valor, em decibéis, para uma intensidade de 1,0 W/m². 
a) 1 dB. 	b) 10 dB. 	c) 12 dB. 	d) 120 dB. 
 
10) (EEAR – 2012.2) Um aparelho sonoro portátil, produz em um fone de ouvido a potência de um microwatt (1.10–6 W) em uma área de 1 mm². Lembrando que o limiar da intensidade sonora para a audição do ser humano é I0 = 10–12 W/m², que corresponde a 0 dB, assinale a alternativa que indica a intensidade sonora (em dB) produzida por este fone de ouvido. 
a) 12 dB. dB.	b) 120 dB.	c) 60Db		d) 40
11) (EEAR 2016-2017) A qualidade do som que permite distinguir um som forte de um som fraco, por meio da amplitude de vibração da fonte sonora é definida como 
a) timbre 			b) altura 
c) intensidade 			d) tubo sonoro
12) Quando um som refletido chega ao ouvido, antes que o som direto seja extinto, haverá um prolongamento da sensação auditiva deste ouvinte. O fenômeno ocorrido é chamado de:
a) ressonância		b) reverberação
c) eco múltiplo		d) eco polissilábico
13) Nas cordas vibrantes, podem estar presentes todos os harmônicos. Este fato também pode ocorrer nos tubos sonoros.
a) abertos e fechados		b) fechados, somente.
c) abertos, somente		d) não vibrantes.
14) A caixa de ressonância dos instrumentos de corda tem a finalidade de aumentar a _______ do som.
a) altura			b) frequência
c) amplitude			d) difração
15) As reflexões que reforçam e prolongam a emissão do som dentro de um auditório são chamadas de:
a) difusão b) difração c) refração d) reverberação 
16) Duas ondas sonoras, ao se encontrarem, podem se anular ou produzir um som de maior amplitude. Este fenômeno é chamado:
a) interferência			b) reflexão
c) difração			d) refração
17) Dois sons de mesma altura e intensidade, emitidos por diferentes instrumentos, são distinguidos pelo (a)
a) timbre		b) volume do som
b) frequência do som	d) velocidade de propagação
18) Colocam-se dois alto-falantes separados por uma pequena distância, emitindo uma mesma frequência, coerentemente, com a mesma intensidade. Uma pessoa passando, com velocidade constante próximo dos altos-falantes, percebe à medida que caminha, uma variação de intensidade sonora aproximadamente periódica. O fenômeno citado se relaciona com a ________do som.
a) difração		b) reflexão
c) refração		d) interferência
19) Uma onda sonora ao passar de uma região de menor temperatura para outra de maior temperatura, altera
a) a altura		b) o período
c) a frequência		d) o comprimento de onda
20) A intensidade sonora de uma onda é diretamente proporcional à sua
a) altura			b) energia
c) natureza			d) velocidade
21) A produção de som em tubos deve-se a um fenômeno de _______ de ondas.
a) reflexão	b) refração	c) retração	d) dispersão
22) É comum encontrar-se nos livros de Física a seguinte frase “o homem costuma emitir sons entre 100 Hz e 200 Hz, 
e a mulher , entre 200 Hz e 400 Hz”. É correto dizer, portanto, que a qualidade do som relacionada com a afirmação descrita é a:
a) intensidade	b) altura	c) refração	d) dispersão
23) Um som que oscila com 2000 vibrações por segundo é considerado
a) som audível		b) micro-som
c) ultra-som		d) infra-som
24) Uma ambulância, em alta velocidade e com a sirene ligada emitindo sempre a mesma frequência, passa na rua em frente de um pessoa em repouso na calçada.
Essa pessoa ouve o som da sirene com frequências diferentes. Dentre as alternativas a seguir, assinale aquela que completa corretamente a frase:
“As frequências de som da sirene percebidas pela pessoa quando a ambulância se aproxima (fA) e, em seguida, se afasta (fD) possuem uma razão fA/fD ________________.
Considere que não haja vento e a densidade constante durante todo trajeto da ambulância.
a) maior que 1		b) menor que 1
c) igual a zero		d) igual a 1
25) Duas ondas sonoras X e Y possuem as seguintes características: X – amplitude = 0,5 cm; frequência = 400 Hz; Y – amplitude = 0,35 cm; frequência 500 Hz. Comparando as qualidades fisiológicas dessas ondas, pode-se afirmar que o som X é mais __________ que o som Y. 
a) fraco e grave		b) forte e agudo
c) fraco e agudo		d) forte e grave
26) Três ondas sonoras A, B e C apresentam amplitudes e frequências conforme a tabela. O som mais agudo é o ___ e o som mais forte é o ______.
	Ondas
	Amplitude (cm)
	Frequência (Hz)
	A
	0,6
	800
	B
	1,0
	500
	C
	1,3
	300
a) A; C		b) A;Bc) C;A		d) C;C
27) Uma onda sonora propaga-se em um local onde a densidade e a temperatura do ar permanece constantes, encontrando um anteparo colocado a 170 metros da fonte,
refletindo-se sem perdas de energia. O tempo total, em segundos, decorridos entre a emissão e o eco, vale:
(velocidade do som no ar = 340 m/s)
a) 1		b) 2		c)3		d) 4
28) Dispara-se um revólver em um vale de paredes paralelas. Escuta-se eco de uma das paredes 2 segundos depois, e o da outra 5 segundos após o disparo. Se a velocidade do som no ar é 340 m/s, a largura vale, em m, é:
a) 97		b) 595		c) 1190		d) 2380
29) Um atirador ouve o som do impacto do projétil, quando este atinge o alvo, 0,45s após o disparo. Sabendo-se que a velocidade do som no ar é de 340 m/s e que a velocidade a bala (suposta constante) é de 50% da velocidade do som, em metros, a distância entre o atirador e o alvo é de:
a) 51		b) 85		c) 102		d) 170
30) Uma pessoa encontra-se na extremidade de um tubo metálico ouve dois sons produzidos por uma martelada dada na outra extremidade do tubo. A diferença de tempo entre os dois sons é de 0,2 s. A velocidade do som no ar é de 340 m/s e no metal do tubo é de 1700 m/s. O comprimento do tubo, em metros, é de:
a) 34		b) 85		c) 170		d) 3400
31) Um valor mínimo da escala de intensidade sonora correspondente a 10-12 W/m². Assinale a alternativa que indica corretamente o valor, em bels (B), para uma intensidade de 10 W/m².
a) 1 		b) 10 		c) 13 		d) 130
32) Um ambiente é considerado silencioso quando o nível sonoro neste local é, no máximo, de 40 dB. Quando tal nível se aproxima de 130 dB, já se encontra no limite da dor para o orelha-humana. Sendo 10-12 W/m² a menor intensidade física sonora audível, a razão entre as potências observadas no ambiente silencioso e no limite da dor, nessa ordem, é igual a:
(Adote como referência uma área de 1m² e como nível sonoro no ambiente silencioso o valor máximo)
a) 10-9		b) 109		c) 1090		d)10-90 
33) (EEAR 2018) Ao caminhar por uma calçada, um pedestre ouve o som da buzina de um ônibus, que passa na via ao lado e se afasta rapidamente. O pedestre observou nitidamente que quando o ônibus se afastou houve uma brusca variação na altura do som. Este efeito está relacionado ao fato de que houve variação:
a) no timbre das ondas.
b) na amplitude das ondas.
c) na frequência do som.
d) na intensidade do som.
34) (EEAR 2-2017) A velocidade do som no ar é de aproximadamente 340 m/s. Se o ser humano é capaz de ouvir sons de 20 a 20000 Hz, qual o maior comprimento de onda, em metros, audível para uma pessoa com audição perfeita?
a) 1,7		b) 17		c) 170		d) 1700
35) (EEAR 2-2017) Em uma apresentação musical, uma criança viu três instrumentos semelhantes em formato, porém de tamanhos diferentes: o violoncelo, a viola e o violino. Detectou que o violino tinha o som mais agudo e que o violoncelo tinha o som mais grave. Segundo o texto acima, a qualidade sonora detectada pela criança foi:
a) intensidade			b) altura
c) timbre				d) volume
36) (EEAR 2-2016) Se o ser humano pode ouvir sons de 20 a 20000Hz e sendo a velocidade do som no ar igual a 340 m/s, qual o menor comprimento de onda audível pelo ser humano, em m?
a) 17		b) 1,7		c) 1,7 . 10-1	d) 1,7 . 10-2
37) (EEAR 2-2015) Assinale a alternativa que completa corretamente a frase abaixo. “Se duas ondas sonoras, de mesma amplitude e frequência, que se propagam no mesmo meio com a mesma direção e sentidos contrários encontrarem-se em um ponto, e a resultante nesse ponto tiver amplitude nula, é porque entre essas ondas existe uma diferença de fase igual a ___ radianos.”
a) π /2		b) π 		c) 3 π /4		d) 2 π 
38) (EEAR 2-2018) Um professor de música esbraveja com seu discípulo: “Você não é capaz de distinguir a mesma nota musical emitida por uma viola e por um violino!”. A qualidade do som que permite essa distinção à que se refere o professor é a (o)
a) altura.			b) timbre.
c) intensidade.		d) velocidade de propagação.
39) (EEAR 2.2019) Uma onda com frequência de 50 kHz está na faixa do
a) infrassom.			b) ultrassom.
c) som audível grave.		d) som audível agudo.
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