Fenômenos Sonoros e Qualidades Fisiológicas do Som

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CIÊNCIAS DA NATUREZA
E SUAS TECNOLOGIAS
F B O N L I N E . C O M . B R
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Professor(a): Douglas gomes
assunto: acústica
frente: Física iii
OSG.: 121001/17
AULA 23
EAD – MEDICINA
Resumo Teórico
Fenômenos sonoros
Como toda onda, o som sofre reflexão.
Som
refletido
Parede
Som
direto
Com isso, podemos ouvir o som de duas formas, direta 
(o som que vem do alto-falante) ou indiretamente (o som que “bate“ 
na parede e atinge nossos ouvidos).
Quando o intervalo de tempo entre a chegada do som emitido 
diretamente e a chegada do som emitido indiretamente superar 0,1 
segundo, ouvimos o eco.
AH!
17 m
Isso ocorre porque o ouvido humano só consegue distinguir 
dois sons que chegam a ele com um intervalo de tempo superior 
a 0,1 s.
Quando o intervalo de tempo entre a chegada dos dois 
sons for desprezível (quase simultâneo), ouvimos um reforço do 
som original.
Quando esse tempo for menor do que 0,1 s, mas não for 
desprezível, temos a sensação de que o som está se prolongando 
(como no interior de uma igreja) – isso é a reverberação.
Qualidades fisiológicas do som
Altura
É a qualidade que permite ao ouvido diferenciar sons graves 
de sons agudos. Essa qualidade é relativa à frequência do som.
Som grave → baixa frequência
Som agudo → alta frequência
Um homem, por exemplo, emite sons entre 100 Hz e 200 Hz, 
e a mulher, entre 200 Hz e 400 Hz. Por isso, a voz do homem é 
mais grave do que a da mulher ou, ainda, a voz da mulher é mais 
aguda que a do homem.
O ouvido humano só é capaz de ouvir sons entre 20 Hz e 
20000 Hz.
Sons com frequência abaixo de 20 Hz são chamados de 
infrassom. Sons com frequência acima de 20000 Hz são chamados 
de ultrassom.
O ouvido humano distingue as notas musicais por meio da 
frequência.
Dó Ré Mi Fá Sol Lá Si Dó
261 Hz 522 Hz
f 2f
Quando vamos de um DÓ ao próximo mais agudo, dizemos 
que estamos uma oitava acima. A frequência desse novo DÓ 
(mais agudo) tem o dobro do valor do primeiro.
Intensidade
É a qualidade do som que nos permite distinguir entre um som 
forte e um som fraco. É medida em W/m².
r
I =
Intensidade
do som
P
SS
Fonte Sonora
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Módulo de estudo
OSG.: 121001/17
Em que P é o valor da potência sonora que atravessa a superfície 
e S é o valor da área dessa superfície perpendicular à propagação do 
som.
Se considerarmos uma fonte puntiforme e o som se 
propagando estratosfericamente, o valor da intensidade observada a 
uma distância r da fonte será:
I
P
S
P
r
Fonte
Esfera
Fonte= =
4 2π
Assim, à medida que nos distanciamos da fonte sonora, 
percebemos um som cada vez mais fraco. Se dobrarmos nossa 
distância da fonte sonora, iremos perceber um som com um quarto 
da intensidade.
P
4πr2
4πr2
P–
= I
I
I
I
4
9
r
2r
3r
A intensidade está ligada à amplitude do som. Sons mais 
intensos têm maior amplitude. Perceba que, ao aumentar o “volume” 
do som em seu equipamento, os alto-falantes passam a oscilar com 
maior amplitude.
A menor intensidade que o ouvido humano é capaz de 
distinguir é 10–12 W/m2. A intensidade que já começa a provocar dor 
é 1 W/m2. Contudo, para não haver danos ao ouvido, a máxima 
intensidade a que devemos ficar expostos por longos intervalos de 
tempo é de 10–4 W/m2.
Devido à imensa variação desses valores (o que fica explícito 
na utilização de potências de 10 para descrevê-los), passou-se a utilizar 
uma escala logarítmica desses valores: o nível de intensidade, medido 
em decibéis, definido como:
N
I
I
=




10
0
log ,,
em que I
0
 é a menor intensidade audível para o ouvido humano: 10–12 
W/m2.
É possível reescrever essa definição da seguinte forma:
I
I
N
0
1010=
Ou ainda:
I I
N
= 1010 0
A unidade utilizada nessa medida é o decibel (dB).
O p lu ra l de dec ibe l , de aco rdo com o S i s t ema 
Internacional de unidade, é decibel (e não decibéis, como se 
usa coloquialmente).
Exemplos de níveis:
watts Acústicos
Avião a jato a 30 m
Limiar de dor
Show de rock
Música clássica
(pp-fff - no palco)
Conversa
normal
Sala
silenciosa
Estúdio de gravação
silencioso
Turbina de
avião a 7 m
Trovão
Motor de
Caminhão
Picos muito fortes
de música
Tráfego (carros)
Pesado a 10 m
Média de uma
fábrica
Escritório
ruidoso
Média de um
escritório
Média de uma
residência
Brisa entre
as árvores
Limiar de audição
10 130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1.0
.01
.01
.001
.0001
.00001
.000001
.0000001
.00000001
.000000001
.0000000001
.00000000001
.000000000001
dB
Timbre
Mesmo que dois sons tenham a mesma altura e a mesma 
intensidade, ainda sim podem ser distinguidos pelo timbre.
O timbre está ligado à forma da onda, que resulta da 
superposição de frequências múltiplas de um valor fundamental: 
os harmônicos. É o timbre que diferencia o som dos diversos 
instrumentos.
Violino
Piano
Quando tocamos a corda de um instrumento, essa corda vibra 
não apenas no primeiro harmônico, mas em vários outros (geralmente 
com menor intensidade) simultaneamente. Assim, passa para o ar um 
som que é a superposição desses diversos harmônicos, dando origem 
a uma vibração composta.
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Módulo de estudo
I
harmônicos
frequência fundamental
onda sonora resultante
II
III
IV
V
v
 Quando uma corda vibra, diferentes ondas se somam (I a IV), gerando a onda 
resultante (V) que produz o timbre característico do instrumento.
Cada instrumento vibra com uma superposição de harmônicos 
diferente. Assim, o timbre pode identificar o instrumento que originou 
o som. 
Chamamos um som de puro quando ele é originado por um 
único harmônico. É o caso do som emitido por um diapasão.
Exercícios
01. (PUC-RS) Nossos sentidos percebem de forma distinta 
características das ondas sonoras, como: frequência, timbre 
e amplitude. Observações em laboratório, com auxílio de um 
gerador de áudio, permitem verificar o comportamento dessas 
características em tela de vídeo e confrontá-las com nossa 
percepção. Após atenta observação, é correto concluir que as 
características que determinam a altura do som e a sua intensidade 
são, respectivamente,
A) frequência e timbre.
B) frequência e amplitude.
C) amplitude e frequência.
D) amplitude e timbre.
E) timbre e amplitude.
02. (EEAR) Analisando a figura do gráfico que representa três ondas 
sonoras produzidas pela mesma fonte, assinale a alternativa 
correta para os três casos representados.
A) As frequências e as intensidades são iguais.
B) As frequências e as intensidades são diferentes.
C) As frequências são iguais, mas as intensidades são diferentes.
D) As frequências são diferentes, mas as intensidades são iguais.
03. (UFMG) Ao tocar um violão, um músico produz ondas nas cordas 
desse instrumento. Em consequência, são produzidas ondas 
sonoras que se propagam no ar.
Comparando-se uma onda produzida em uma das cordas do 
violão com a onda sonora correspondente, é correto afirmar que 
as duas têm 
A) a mesma amplitude. 
B) a mesma frequência. 
C) a mesma velocidade de propagação. 
D) o mesmo comprimento de onda.
04. O eco é o fenômeno que ocorre quando um som emitido e seu 
reflexo em um anteparo são percebidos por uma pessoa com 
intervalo de tempo que permite ao cérebro distingui-los como 
sons diferentes.
 Para que se receba o eco de um som no ar, no qual a velocidade de 
propagação é de 340 m/s, é necessário que haja uma distância de 
17,0 m entre a fonte e o anteparo. Na água, em que a velocidade 
de propagação do som é de 1600 m/s, essa distância precisa ser 
de:
A) 34,0 m
B) 60,0 m
C) 80,0 m
D) 160,0 m
E) 320,0 m
05. (Esc. Naval-adaptada) Analise a figura abaixo.
Detector A
fonte
Detector B
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Módulo de estudo
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 Uma fonte sonora isotrópica emite ondas em uma dada potência. 
Dois detectores fazem a medida da intensidade do som em 
decibels. O detector A que está a uma distância de 2 m da fonte 
mede 90,0dB e o detector B mede 70,0 dB, conforme indica a 
figura acima. A distância, em metros, entre os detectores A e B, 
aproximadamente, vale:
A) 0,25 
B) 0,50
C) 2,0 
D) 20
E) 18
06. (PUC-Rio) Considere as seguintes afirmações a respeito de uma 
onda sonora.
I. É uma onda longitudinal; 
II. A densidade das moléculas no meio oscila no espaço; 
III. A velocidade de propagação independe do meio.
 Quais dessas afirmações são verdadeiras? 
A) I, II e III. 
B) I e II.
C) I e III. 
D) II e III.
E) Nenhuma delas.
07. (Enem) Ao ouvir uma flauta e um piano emitindo a mesma nota 
musical, consegue-se diferenciar esses instrumentos um do outro.
 Essa diferenciação se deve principalmente ao(à)
A) intensidade sonora do som de cada instrumento musical.
B) potência sonora do som emitido pelos diferentes instrumentos 
musicais.
C) diferente velocidade de propagação do som emitido por cada 
instrumento musical.
D) timbre do som, que faz com que os formatos das ondas de 
cada instrumento sejam diferentes.
E) altura do som, que possui diferentes frequências para diferentes 
instrumentos musicais.
08. Se uma pessoa, ao conversar, passa a intensidade de sua voz de 
40 dB para 60 dB, quantas vezes aumenta a sua energia 
despendida?
09. (CPS)
 Ouviram do Ipiranga as margens plácidas
 De um povo heroico o brado retumbante,
 E o sol da Liberdade, em raios fúlgidos,
 Brilhou no céu da Pátria nesse instante...
 A estrofe do Hino Nacional Brasileiro destaca que as margens 
plácidas do Riacho do Ipiranga foram testemunhas auditivas da 
Proclamação da Independência.
 Analise o gráfico representativo do espectro sonoro.
 
frequência (Hz)
0,1 1 10 100
audição humana
pombo
camundongo
mariposa
morcego
elefante
onda sonoras 
de terremotos
1 000 10 000 100 000 1 000 000
GASPAR, Alberto. Física. Vol. 2. São Paulo: Ática. 2000. p. 63.
 Imaginando-se às margens do Riacho do Ipiranga no momento da 
Proclamação da Independência, você pode afirmar que o brado 
retumbante emitido pelo heroico povo brasileiro teria sido captado 
pelos seus ouvidos e também pelos ouvidos
A) dos elefantes, com frequência na faixa entre 1 Hz e 10 Hz.
B) dos camundongos, com frequência na faixa entre 5 Hz e 500 Hz.
C) das mariposas, com frequência na faixa entre 10 Hz e 500 Hz.
D) dos morcegos, com frequência na faixa entre 20 Hz e 1000 Hz.
E) dos pombos, com frequência na faixa entre 20 Hz e 20000 Hz.
10. (UTFPR) Sobre ondas sonoras, considere as seguintes informações:
I. Decibel (dB) é a unidade usada para medir a característica do 
som que é a sua altura;
II. A frequência da onda ultrassônica é mais elevada do que a da 
onda sonora;
III. Eco e reverberação são fenômenos relacionados à reflexão da 
onda sonora.
 Está correto apenas o que se afirma em:
A) I B) II
C) III D) I e III
E) II e III
11. Ondas sonoras emitidas no ar por dois instrumentos musicais 
distintos, I e II, têm suas amplitudes representadas em função do 
tempo pelos gráficos abaixo.
Amplitude
Tempo
I.
Amplitude
Tempo
II.
 A propriedade que permite distinguir o som dos dois instrumentos 
é:
A) o comprimento de onda. 
B) a amplitude.
C) o timbre. 
D) a velocidade de propagação.
E) a frequência.
12. (UFC) O nível sonoro, medido em unidades de decibéis (dB), 
de uma onda sonora de intensidade I é definido como:
b = 10 log [I/I
0
],
 em que I
0
 = 1,0 ⋅ 10 –12 W/m2 foi escolhida como uma 
intensidade de referência, correspondente a um nível sonoro 
igual a zero decibel. Uma banda de rock pode conseguir, 
com seu equipamento de som, um nível sonoro b =120 dB 
a uma distância de 40 m das caixas acústicas. A potência 
do som produzido, na condição acima, por essa banda 
(aqui considerada uma fonte puntiforme e isotrópica) é, em watts, 
aproximadamente:
A) 20000 B) 10000
C) 7500 D) 5000
E) 2500
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Módulo de estudo
13. (PUC-MG) Analise as afirmações a seguir.
I. Dois instrumentos musicais diferentes são acionados e emitem 
uma mesma nota musical;
II. Dois instrumentos iguais estão emitindo uma mesma nota 
musical, porém, com volumes (intensidades) diferentes;
III. Um mesmo instrumento é utilizado para emitir duas notas 
musicais diferentes.
 Assinale a principal característica que difere cada um dos dois 
sons emitidos nas situações I, II e III respectivamente.
A) Amplitude, comprimento de onda e frequência.
B) Frequência, comprimento de onda e amplitude.
C) Timbre, amplitude e frequência.
D) Amplitude, timbre e frequência.
14. (PUC-Minas) As vozes de dois cantores, emitidas nas mesmas 
condições ambientais, foram representadas em um osciloscópio 
e apresentaram os aspectos geométricos indicados a seguir.
 
y (m)
x (m)
x (m)
t (s)
t (s)
A
B
0
0
 A respeito dessas ondas, foram feitas várias afirmativas:
I. As vozes possuem timbres diferentes;
II. As ondas possuem o mesmo comprimento de onda;
III. Os sons emitidos possuem alturas iguais; 
IV. As ondas emitidas possuem a mesma frequência;
V. Os sons emitidos possuem a mesma intensidade;
VI. As ondas emitidas possuem amplitudes diferentes;
VII. O som indicado em A é mais agudo do que o indicado em B;
VIII. Os períodos das ondas emitidas são iguais.
 O número de afirmativas corretas é igual a:
A) 3 B) 4
C) 5 D) 6
E) 7
15. (UFPE) O menor intervalo de tempo para que o cérebro humano 
consiga distinguir dois sons que chegam ao ouvido é, em média, 
100 m/s. Este fenômeno é chamado persistência auditiva. Qual a 
menor distância que podemos ficar de um obstáculo para ouvir 
o eco de nossa voz?
 Dado: velocidade do som no ar = 330 m/s.
A) 16,5 m
B) 17,5 m
C) 18,5 m
D) 19,5 m
E) 20,5 m
Resoluções
01. A altura de um som refere-se à frequência da onda sonora, 
proporcionando diferenciar um som grave de um som agudo. A 
intensidade de um som refere-se à amplitude da onda sonora, 
proporcionando diferenciar um som fraco de um som intenso.
 Resposta: B
02. As amplitudes são diferentes, os comprimentos de onda são os mesmos, 
a frequência também é a mesma e, por consequência, a velocidade da 
onda também é a mesma. Como dito anteriormente, a única coisa que 
muda é a intensidade da onda (que é relacionada com a amplitude).
 Todas as ondas sonoras mencionadas, pelo fato de se propagarem 
em um mesmo meio, possuem a mesma velocidade de propagação. 
Além disso, observando a figura, nota-se que possuem todas o 
mesmo comprimento de onda.
 É possível obter a frequência através da relação: f =
ν
λ
. Como a 
velocidade e o comprimento de onda são os mesmos, a frequência 
também será a mesma. Por outro lado, as amplitudes são diferentes, 
o que implica intensidades sonoras diferentes. Tal fato ocorre porque 
a intensidade da onda é tão maior quanto maior for sua amplitude.
Comprimento de onda (λ)
Comprimento de onda (λ)
Amplitude (A)
Amplitude (A)
 Resposta: C
03. Com a mesma frequência que a corda do violão vibra são 
produzidas as ondas no ar (som).
 Resposta: B
04. Com a distância de 17 m no ar, o som percorre, ida e volta, 34 m. 
Na velocidade de 340 m/s, o som precisa de 34/340 = 0,1 s para 
ir e voltar. Este é o intervalo de tempo que permite ao cérebro 
distinguir o som de ida (emitido) e o som de volta (eco). Para a 
água com velocidade 1600 m/s, a distância total percorrida será 
de 16000 · 0,1 = 160 m. Como esta distância é de ida e volta, a 
pessoa deverá estar do anteparo 160/2 = 80 m.
 Resposta: C
05. Da definição de nível de intensidade sonora (N):
 
N
l
l
N l
l
l
l
N
= ⇒ = ⇒ =10
10
10
0 0
10
0
log log
 
10 10 10
10 10
10
0
90
10
0 0
9
10
0
70
10
0
N
A A A
N
B B B
A
B
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
= ⇒ = ⇒ =
= ⇒ = ⇒
ll
dividindo uma ress o pela outra
l
l
A
B
0
7
2
10
10
=






⇒
⇒ ÷ ⇒ =exp ,ã
 
Mas l
P
d
l
l
P
d
P
d
d dA
B
A
B
B A= = → = → =
4
100 4
4
100 10
2
2
2
π
π
π
, logo :
 De acordo com o enunciado, d
A
 = 2 m; assim, d
B
 = 20 m e a 
diferença vale 18 m.
 Resposta: E
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//////////////////Módulo de estudo
OSG.: 121001/17
06. A onda sonora é uma perturbação longitudinal que se propaga no 
ar, comprimindo-o e expandindo-o, ou seja, alterando a densidade 
do meio. Além disso, a velocidade de propagação depende do 
expoente de Poison, da temperatura e da massa molar do gás 
(que é o meio de propagação).
 Resposta: B
07. Devido à forma como vibram os componentes de cada instrumento 
musical, eles, apesar de conseguirem emitir notas iguais (mesma 
frequência/altura) e com a mesma intensidade, apresentam sons 
diferenciados pela forma da onda que emitem, o que chamamos 
de timbre.
 Resposta: D
08. A energia é diretamente proporcional à intensidade e esta se 
relaciona com o nível de intensidade de acordo com a expressão:
N
I
I
I I
N
= ⋅ 



→ =10 10
0
10
0log
Na situação inicial: I I I1
40
10
0
4
010 10= = 
Na situação final: I I I2
60
10
0
6
010 10= =
 
Assim, comparando as intensidades, chegamos à relação: I
2
 = 100I
1
 Uma vez que a energia é proporcional à intensidade, o valor da 
energia despendida aumenta 100 vezes também.
 Resposta: 100 vezes
09. 
A) Falso. O ser humano não consegue ouvir essas frequências 
(estamos limitados entre 20 Hz e 20 kHz)
B) Falso. Não conseguimos ouvir 5 Hz.
C) Falso. Não conseguimos ouvir 10 Hz.
D) Falso. O morcego não ouve 20 Hz.
E) Verdadeiro. Os pombos conseguem ouvir toda a faixa de 20 
Hz a 20 kHz, bem como os humanos.
 Resposta: E
10. 
I. Incorreto. Decibel (dB) é a unidade usada para medir a 
característica do som que é o nível de intensidade sonora. A 
altura é medida pela frequência, indicando a agudez.
II. Correto. Um ultrassom é uma vibração sonora cuja frequência 
é maior do que aquela que os seres humanos são capazes de 
ouvir.
III. Correto. Eco e reverberação são consequências da reflexão 
regular do som em obstáculos.
 Resposta: E
11. O formato da onda caracteriza o timbre dela.
 Resposta: C
12. 
I
Pot
d
Pot Pot
N
I
I
I
I
= = ≅
= ⋅ 



=



4 4 40 20000
10 120
2 2
0
0
π π
log
log

=
= =
= ⋅ =
−
−
12
10 10
10 10 1
12
0 0
12
12 12
2
2
I I
I
W
m
W
m
W
m
, mas I
: 
,
Então 22
Finalmente: I
Pot
Pot W≅ = → ≅
20000
1 20000
 Resposta: A
13. O que diferencia dois instrumentos é o timbre (formato) da onda.
 O que diferencia as intensidades é a amplitude.
 O que diferencia as notas musicais é a frequência.
 Resposta: C
14. Observe nas figuras que as duas ondas têm:
I. o mesmo período (T
A
 = T
B
) ⇒ f
A
 = f
B
 ⇒ mesma altura ⇒ as 
afirmativas 3, 4 e 8 são corretas e a afirmativa 7 é incorreta, 
já que os sons são igualmente agudos;
II. o mesmo comprimento de onda (x
A
 = x
B
 ⇒ λ
A
 = λB) ⇒ a 
afirmativa 2 é correta; 
III. formas diferentes (timbres diferentes) ⇒ a afirmativa 1 é 
correta;
IV. amplitudes diferentes (y
A
 > y
B
 ⇒ A
A
 > A
B
) ⇒ as ondas possuem 
intensidades diferentes ⇒ a afirmativa 5 é incorreta e a 
afirmativa 6 é correta.
 Assim, temos 6 alternativas corretas, ou seja, a resposta é a letra D. 
 Resposta: D
15. Esse é o tempo necessário para que o som vá e volte, percorrendo a 
distância 2D. Assim, utilizando a equação do movimento uniforme:
espa o percorrido
 m/s
ç =
=
= =
( ) × 


v t
D v t
D
v t
s
∆
∆
∆
2
2
330
100
1000
22
16 5= , m
 Resposta: A
SUPERVISOR/DIRETOR: Marcelo Pena – AUTOR: Douglas Gomes
DIG.: Raul