Acústica: Ondas Sonoras e suas Características

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Marcianinho
Acústica
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A Acústica é a parte da Física que estuda a Onda Sonora. 
Lembrar: A Onda Sonora (Som) é o principal exemplo de Onda Mecânica.
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Grandezas da Onda Sonora
Amplitude “a”
Comprimento de Onda “λ’
Velocidade “V”
Frequência “f” medida em “Hz”
Relação Fundamental:
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Significados
Amplitude - Intensidade Sonora – Volume
	Som Forte – Intensidade Alta
	Som Fraco – Intensidade baixa
Frequência – Altura do Som 
Som alto – Som agudo – Frequência alta
Som Baixo – Som grave – Frequência baixa 
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TIMBRE 
Está relacionado à forma da onda.
Permite distinguir dois sons de mesma altura e mesma intensidade, emitidos por fontes distintas. 
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Intensidade Sonora
Potência – P – medida em W (Wats)
Área – A – medida em metros quadrados
O som se propaga no espaço longitudinalmente e como uma onda esférica. Portanto:
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Velocidade do Som
A velocidade do som é constante e depende da densidade do meio em que se propaga.
Geralmente utilizamos 340 m/s (No ar). Mas a temperatura influencia.
 
Quanto mais denso o meio maior a velocidade.
Portanto em dias frios a velocidade do som no ar é maior que nos dias quentes.
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VELOCIDADE DO SOM
A velocidade do som depende das condições do meio em que ele se propaga. 
Aviões supersônicos: possuem velocidade maior que o som no ar. 
	Meio 	Temperatura	V (m/s)
	Ar 	20º C	340
	Água 	0º C 	1500 
	Ferro 	0º C	4480
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Altura do som
Como a velocidade é constante em um determinado meio, temos que frequência e comprimento de onda são inversamente proporcionais, daí:
Maior “f” menor “λ” – som alto – som agudo.
Menor “f” maior “λ” – som baixo – som grave.
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O ouvido humano
O ouvido humano é capaz de ouvir sons de qualquer frequência compreendida entre 20 Hz e 20 KHz.
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A intensidade máxima que conseguimos suportar sem dor é:
A intensidade sonora mínima perceptiva pelo ouvido humano é:
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NÍVEL SONORO 
É a intensidade sonora percebida ou detectada pelo sistema auditivo humano. 
decibel 
0
120 
SILÊNCIO ABSOLUTO
SOM FISIOLÓGICO
POLUIÇÃO SONORA
Limiar de audibilidade 
Limiar de dor
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Nível Sonoro
Medido em decibéis (dB)
Exemplo: Calcular o nível sonoro máximo que nosso ouvido pode suportar.
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Exemplo: Determinar o nível sonoro em um ponto situado a 50 m de uma fonte sonora de potência 3000W. Adotar π=3.
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REFLEXÃO DO SOM 
Quando as ondas sonoras atingem um obstáculo fixo, como uma parede, elas sofrem reflexão com inversão de fase. 
Persistência auditiva: tempo que leva para deixarmos de perceber um som (0,1s).
Reverberação: ocorre quando a pessoa percebe o som por ela emitido duas vezes distintas.
Eco: Quanto o anteparo se localiza no mínimo a 17 m.
 
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FONTES DE ONDAS SONORAS
Cordas Sonoras 
1º HARMÔNICO
Som fundamental 
2º HARMÔNICO 
3º HARMÔNICO
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CORDAS SONORAS
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FONTES DE ONDAS SONORAS
Tubos Sonoros Abertos 
1º HARMÔNICO
Som fundamental 
2º HARMÔNICO
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FONTES DE ONDAS SONORAS
Tubos Sonoros fechados
1º HARMÔNICO 
Som fundamental 
2º HARMÔNICO
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Um dos modelos usados na caracterização dos sons ouvidos pelo ser humano baseia-se na hipótese de que ele funciona como um tubo ressonante. Neste caso, os sons externos produzem uma variação de pressão do ar no interior do canal auditivo, fazendo a membrana (tímpano) vibrar. Esse modelo pressupõe que o sistema funciona de forma equivalente à propagação de ondas sonoras em tubos com uma das extremidades fechadas pelo tímpano. As frequências que apresentam ressonância com o canal auditivo têm sua intensidade reforçada, enquanto outras podem ter sua intensidade atenuada.
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Considere que, no caso de ressonância, ocorra um nó sobre o tímpano e ocorra um ventre da onda na saída do canal auditivo, de comprimento L igual a 3,4 cm. Assumindo que a velocidade do som no ar (v) é igual a 340 m/s, a frequência do primeiro harmônico (frequência fundamental, n = 1) que se formaria no canal, ou seja, a frequência mais baixa que seria reforçada por uma ressonância no canal auditivo, usando este modelo é:
(A) 0,025 kHz, valor que considera a frequência do primeiro harmônico como igual a nv/4L e equipara o ouvido a um tubo com ambas as extremidades abertas.
(B) 2,5 kHz, valor que considera a frequência do primeiro harmônico como igual a nv/4L e equipara o ouvido a um tubo com uma extremidade fechada.
(C) 10 kHz, valor que considera a frequência do primeiro harmônico como igual a nv/L e
equipara o ouvido a um tubo com ambas as extremidades fechadas.
(D) 2.500 kHz, valor que expressa a frequência do primeiro harmônico como igual a nv/L,
aplicável ao ouvido humano.
(E) 10.000 kHz, valor que expressa a frequência do primeiro harmônico como igual a nv/L,
aplicável ao ouvido e a tubo aberto e fechado.
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26) Assinale as alternativas corretas com relação às ondas sonoras: 
1 -Qualquer onda mecânica longitudinal de freqüência igual ou maior que 20 Hz é audível para o ser humano. 
2 -As ondas sonoras se propagam pelo ar através de sucessivas compressões e descompressões do mesmo. 
4 -Ultrassom é a onda mecânica que vibra com freqüência superior a 20 kHz. 
8 -Vibrações produzidas no interior da crosta terrestre (abalos sísmicos, tremores de terra, maremotos, etc.) emitem ondas de infra-som. 
16 -Certos animais, como o cão, o gato e o morcego, percebem faixas de freqüência inaudíveis para os seres humanos. 
32 -O aparelho denominado “radar” funciona com base na reflexão de ondas mecânicas, e o “sonar”, com base na reflexão de ondas eletromagnéticas. 
64 -O procedimento médico conhecido como “ecografia” nada tem a ver com a ultra-sonografia. 
Soma: ________ 
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05) Os morcegos, quando voam, emitem ultrassom para que, através das reflexões ocorridas pelos obstáculos à sua frente, possam desviar deles, e também utilizam esse mecanismo para se orientarem durante seu voo. Imagine um morcego voando em linha reta horizontal com velocidade V, em direção a uma parede vertical fixa. Considere que não esteja ventando e que a fonte sonora no morcego seja puntiforme e então, quando ele ainda está a certa distância da parede, emite uma onda sonora com uma frequência f de ultrassom. Com fundamentos da mecânica ondulatória, assinale a(s) proposição(ões) correta(s).
1 - A velocidade das ondas sonoras que possuem frequência de ultrassom é maior que a velocidade de ondas sonoras que possuem frequência menor que as de ultrassom. 
2 - A velocidade da onda sonora no ar, emitida pelo morcego em movimento, é diferente da velocidade da onda sonora no ar emitida pelo morcego quando em repouso. 
4 - A frequência da onda sonora, refletida pela parede e percebida pelo morcego, é maior que a frequência da onda sonora emitida por ele. 
8 - A velocidade da onda sonora no ar, refletida pela parede, é igual à velocidade da onda sonora no ar emitida pelo morcego. 
16 -Esse efeito de mudança na frequência de ondas sonoras emitidas por fontes em movimento chama-se batimento. 
Soma: ________ 
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09) Em relação às ondas sonoras, é correto afirmar:
A(  ) O fato de uma pessoa ouvir a conversa de seus vizinhos de apartamento através da parede da sala é um exemplo de reflexão de ondas sonoras. 
B(  ) A qualidade fisiológica do som que permite distinguir entre um piano e um violino, tocando a mesma nota, é chamada de timbre e está relacionada com a forma da onda. 
C(  ) Denominam-se infrassom e ultrassom as ondas sonoras cujas frequências estão compreendidas entre a mínima e a máxima percebidas pelo ouvido humano. 
D(  )  A grandeza física que diferencia o som agudo, emitido por uma flauta, do som grave, emitido por uma tuba, é a amplitude da onda.
E(  ) A propriedade das ondas sonoras que permite aos morcegos localizar obstáculos e suas presas é denominada refração. 
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06) Considere as seguintes afirmativas relacionadas aosom.
I. O som é uma onda mecânica longitudinal que se propaga através de zonas de compressão e de rarefação do ar.
II. O som não se propaga no vácuo.
III. Um som é tanto mais agudo quanto maior for a frequência da onda sonora correspondente a ele.
IV. O ouvido humano só é capaz de detectar, em média, a faixa de frequências compreendidas entre 20 Hz e 20 000 Hz. Sons acima de 20 000 Hz são conhecidos como ultrassons.
Pode-se concluir que:
A(  ) as afirmativas I e II estão corretas. 
B(  ) todas as afirmativas estão corretas. 
C(  ) apenas a afirmativa IV está correta. 
D(  ) apenas a afirmativa III está correta. 
E(  ) as afirmativas I, II e IV estão corretas. 
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08) A frequência fundamental de um tubo de órgão fechado é igual a 170,0 Hz. O comprimento do tubo fechado e a frequência do terceiro harmônico são, respectivamente:  
A(  ) 0,5 m e 850 Hz 
B(  ) 1,0 m e 850 Hz 
C(  ) 1,0 m e 510 Hz 
D(  ) 0,5 m e 510 Hz 
E(  ) 2,0 m e 340 Hz 
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11) Um xilofone de brinquedo contém barras de metal de diferentes comprimentos, fixas e dispostas em paralelo. O som é produzido por um pequeno bastão que golpeia cada barra e produz uma vibração. A barra de maior comprimento tem 15 cm. Suponha que esta barra esteja vibrando no primeiro harmônico de uma onda estacionária, da mesma forma que as ondas produzidas em uma corda fixa nas duas extremidades. Se a frequência desta vibração for igual a 660 Hz, a velocidade da onda na barra, em m/s, será de
A(  ) 120. 
B(  ) 198.
C(  ) 224.
D(  ) 256.
E(  ) 272.
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16) Em uma corda vibrante de 50,0 cm de comprimento com densidade igual a 2,4 x 10-4 kg/m, presa em suas extremidades, é formada uma onda estacionária apresentando um único ventre, quando excitada por uma fonte de 1 000 Hz. Assinale a alternativa correta.
A(  ) A velocidade de propagação da onda na corda é de 1 000 m/s quando a corda está sob uma tensão de 240 N.
B(  ) A frequência de vibração é diretamente proporcional ao comprimento de onda.
C(  ) A frequência fundamental da corda é de 2 000 Hz.
D(  ) A velocidade de propagação da onda na corda é de 1 000 m/s e é inversamente proporcional à tensão na corda.
E(  ) O segundo harmônico possui uma frequência de 500 Hz.
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	18) O oboé é um instrumento de sopro que se baseia na física dos tubos sonoros abertos. Um oboé, tocado por um músico, emite uma nota dó, que forma uma onda estacionária, representada na figura abaixo.
 
	
	Sabendo-se que o comprimento do oboé é L = 66,4 cm, quais são, aproximadamente, o comprimento de onda e a frequência associados a essa nota? (Dado: a velocidade do som é igual a 340 m/s.)
	A(  ) 66,4 cm e 1 024 Hz 
	B(  ) 33,2 cm e 512 Hz 
	C(  ) 16,6 cm e 256 Hz 
	D(  ) 66,4 cm e 113 Hz 
	E (  ) 33,2 cm e 1 024 Hz 
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	24) A intensidade sonora mais baixa que o ouvido humano consegue captar é l0 = 10–12 W/m2, chamada de Limiar de Audibilidade. Tal grandeza também pode ser expressa numa escala logarítmica, através do conceito de Nível Sonoro, segundo a expressão: 
	
	onde l é a intensidade do som e Ns é dado em decibéis (db). A partir dessas informações, julgue os itens:
	A(  ) Quando I = I0, o nível sonoro é 10 db.
	B(  ) Considerando que a intensidade sonora em uma conversa normal é 	10–7 W/m2, o nível sonoro correspondente é 50 db.
	C(  ) I tem unidade de fluxo de energia.
	D(  ) Considerando que a um metro de uma fonte pontual de som o nível 	sonoro seja N, a 10 metros, o nível será N/10. 
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	26) Uma corda de 1,0 m de comprimento está fixa em suas extremidades e vibra na configuração estacionária conforme a figura a seguir:
  
	Conhecida a frequência de vibração igual a 1 000 Hz, podemos afirmar que a velocidade da onda na corda é:
	A(  ) 500 m/s;
	B(  ) 1 000 m/s;
	C(  ) 250 m/s;
	D(  ) 100 m/s;
	E(  ) 200 m/s.