Física
38ª aula
Ondas sonoras
Borges e Nicolau
Fontes vibrando produzem compressões e descompressões sucessivas do ar e geram ondas mecânicas longitudinais denominadas ondas sonoras.
A onda sonora poderá ou não ser audível, dependendo do valor da frequência com que a fonte vibra. Uma pessoa com audição normal ouve ondas sonoras de frequências compreendidas entre 20 Hz e 20.000 Hz. É claro que esses limites variam de pessoa para pessoa.
As ondas sonoras de frequências entre 20 Hz e 20.000 Hz constituem os sons (ou sons audíveis). As ondas sonoras de frequências inferiores a 20 Hz são denominadas infrassons e as de frequências superioriores a 20.000 Hz são chamadas ultrassons.
Velocidade das ondas sonoras
De um modo geral, podemos dizer que a velocidade de propagação das ondas sonoras nos meios sólidos é maior do que nos meios líquidos que, por sua vez, é maior do que nos meios gasosos. Observe na tabela a velocidade de propagação do som, a 15 ºC, no ferro, na água e no ar atmosférico:
Qualidades fisiológicas do som
O sistema auditivo humano consegue distinguir no som certas características chamadas qualidades fisiológicas do som. São elas: a altura, a intensidade e o timbre.
Altura de um som
A altura é a qualidade que permite classificar um som em grave ou agudo.
Sejam dois sons de frequências f1 e f2, tais que f1 ? f2, define-se intervalo i entre esses dois sons pela relação:
Intensidade de um som
A intensidade é a qualidade que permite distinguir um som fraco (isto é, de pequena intensidade) de um som forte (isto é, de grande intensidade).
Por definição a intensidade energética da onda é a grandeza I dada por:
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, expresso0na unidade decibel (símbolo: dB) é definido pela relação:
Timbre de um som
O timbre é a qualidade que permite distinguir sons de mesma altura e mesma intensidade, emitidos por fontes diferentes.
Revisão/Ex 1:
(PUC-MG)
Uma martelada é dada na extremidade de um trilho. Na outra extremidade, encontra-se uma pessoa que ouve dois sons separados por um intervalo de tempo de 0,18 s. O primeiro dos sons se propaga através do trilho com uma velocidade de 3400 m/s, e o segundo através do ar, com uma velocidade de 340 m/s. O comprimento do trilho em metros será de:
a) 340 m.
b) 68 m.
c) 168 m.
d) 170 m.
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Revisão/Ex 2:
(Fatec-SP)
Os morcegos são cegos. Para se guiarem eles emitem um som na faixa de frequências ultra-sônicas que é refletido pelos objetos, no fenômeno conhecido como eco, e processado, permitindo a determinação da distância do objeto. Considerando que a velocidade do som no ar é de 340 m/s e sabendo que o intervalo temporal entre a emissão do grito e o seu retorno é de 1,0.10-2 s, a distância na qual um objeto se encontra do morcego é de:
a) 3,4 m.
b) 34 m.
c) 17 m.
d) 1,7 m.
e) 340 m.
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Revisão/Ex 3:
(PUC-Campinas-SP)
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.
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Revisão/Ex 4:
(UFRGS)
A menor intensidade de som que um ser humano pode ouvir é da ordem de
10-16 W/cm2. Já a maior intensidade suportável (limiar da dor) situa-se em torno dex10-3 W/cm2. Usa-se uma unidade especial para expressar essa grande variação de intensidades percebidas pelo ouvido humano: o bel (B). O significado dessa unidade é o seguinte: dois sons diferem de 1 B quando a intensidade de um deles é 10 vezes maior (ou menor) que a do outro, diferem de 2 B quando essa intensidade é 100 vezes maior (ou menor) que a do outro, de 3 B quando ela é 1000 vezes maior (ou menor) que a do outro, e assim por diante. Na prática, usa-se o decibel (dB), que corresponde a 1/10 do bel. Quantas vezes maior é, então, a intensidade dos sons produzidos em concertos de rock (110 dB) quando comparada com a intensidade do som produzido por uma buzina de automóvel (90 dB)?
a) 1,22.
b) 10.
c) 20.
d) 100.
e) 200.
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Revisão/Ex 5:
(ITA-SP)
Uma banda de rock irradia uma certa potência em um nível de intensidade sonora igual a 70 decibéis. Para elevar esse nível a 120 decibéis, a potência irradiada deverá ser elevada de:
a) 71%.
b) 171%.
c) 7100%.
d) 9999900%.
e) 10000000%.
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- Resolução De Preparando-se Para As Provas 01/11
Ondas Borges e Nicolau Exercício 1 A mão da pessoa, segurando a extremidade de uma corda tensa e flexível, produz uma perturbação que se propaga ao longo da corda. A perturbação denomina-se pulso e o movimento do pulso constituí uma onda. A mão...
- Preparando-se Para As Provas
Ondas Borges e Nicolau Exercício 1 A mão da pessoa, segurando a extremidade de uma corda tensa e flexível, produz uma perturbação que se propaga ao longo da corda. A perturbação denomina-se pulso e o movimento do pulso constituí uma onda. A mão...
Física
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38ª aula
Ondas sonoras
Borges e Nicolau
Fontes vibrando produzem compressões e descompressões sucessivas do ar e geram ondas mecânicas longitudinais denominadas ondas sonoras.
A onda sonora poderá ou não ser audível, dependendo do valor da frequência com que a fonte vibra. Uma pessoa com audição normal ouve ondas sonoras de frequências compreendidas entre 20 Hz e 20.000 Hz. É claro que esses limites variam de pessoa para pessoa.
As ondas sonoras de frequências entre 20 Hz e 20.000 Hz constituem os sons (ou sons audíveis). As ondas sonoras de frequências inferiores a 20 Hz são denominadas infrassons e as de frequências superioriores a 20.000 Hz são chamadas ultrassons.
Velocidade das ondas sonoras
De um modo geral, podemos dizer que a velocidade de propagação das ondas sonoras nos meios sólidos é maior do que nos meios líquidos que, por sua vez, é maior do que nos meios gasosos. Observe na tabela a velocidade de propagação do som, a 15 ºC, no ferro, na água e no ar atmosférico:
Qualidades fisiológicas do som
O sistema auditivo humano consegue distinguir no som certas características chamadas qualidades fisiológicas do som. São elas: a altura, a intensidade e o timbre.
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).
Sejam dois sons de frequências f1 e f2, tais que f1 ? f2, define-se intervalo i entre esses dois sons pela relação:
i = f1/f2
Se i = 1, isto é, f1 = f2, temos o intervalo de uníssono.
Se i = 2, isto é, f1 = 2.f2, o intervalo é denominado intervalo de uma oitava.
Esse nome vem do fato de que entre o primeiro som (f1) e o último som (f2) existirem oito notas musicais em sequência, incluindo as extremas.
Esse nome vem do fato de que entre o primeiro som (f1) e o último som (f2) existirem oito notas musicais em sequência, incluindo as extremas.
Entre muitos outros existem ainda o intervalo de tom maior (i = 9/8), o intervalo de tom menor (i = 10/9) e o intervalo de semitom (i = 16/15).
Intensidade de um som
A intensidade é a qualidade que permite distinguir um som fraco (isto é, de pequena intensidade) de um som forte (isto é, de grande intensidade).
Vamos indicar por ?E a energia associada a uma onda sonora que atravessa uma superfície de área A, perpendicular à direção de propagação, durante um intervalo de tempo ?t.
Por definição a intensidade energética da onda é a grandeza I dada por:
I = ?E/?t.A
Mas P = ?E/?t é a potência da onda. Logo:
A unidade SI de intensidade0sonora é W/m2.
I = P/A
A unidade SI de intensidade0sonora é W/m2.
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.
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, expresso0na unidade decibel (símbolo: dB) é definido pela relação:
NS = 10.log (I/I0)
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.
Exercícios básicos
Exercício 1:
Da boca de um poço de profundidade 57,8 m um menino, dotado de um cronômetro, abandona uma pedra. Depois de 3,57 s ele ouve o som produzido pelo impacto da pedra com a água. Qual é a velocidade de propagação do som no ar nas condições descritas. A aceleração da gravidade é 10 m/s2.
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Exercício 2:
Na extremidade A de um trilho de ferro AB de comprimento L é dada uma martelada. O som atinge a extremidade B propagando-se no ar e no ferro. Um aparelho receptor instalado em B mede a diferença entre os intervalos de tempo de chegada do som em B, registrando o valor ?t. Sejam var e vferro as velocidades de propagação do som no ar e no ferro, respectivamente. Calcule o comprimento L do trilho em função de var, vferro e ?t.
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Exercício 3:
São dados dois sons de frequências 600 Hz e 300 Hz. Assinale as afirmativas corretas:
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 intervalo entre os dois sons é de uma oitava.
IV) O som de 600 Hz tem maior intensidade do que o de 300 Hz.
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Exercício 4:
O silêncio corresponde a uma intensidade energética I0 = 10-12 W/m2. Num aeroporto consta-se uma intensidade0energética I = 102 W/m2 , próximo a um avião a jato aterrissando. Neste local, qual é, no momento, o nível0sonoro? Dê a resposta em decibel?
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Exercício 5:
Um nível sonoro de 80 dB (por exemplo, de uma avenida movimentada) corresponde a uma intensidade energética _________ vezes maior do que a do nível sonoro de 50 dB (por exemplo, de um carro regulado). O número que preenche o espaço indicado no texto é:
a) 10
b) 30
c) 100
d) 1000
e) 10000
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Exercícios de RevisãoExercício 1:
Da boca de um poço de profundidade 57,8 m um menino, dotado de um cronômetro, abandona uma pedra. Depois de 3,57 s ele ouve o som produzido pelo impacto da pedra com a água. Qual é a velocidade de propagação do som no ar nas condições descritas. A aceleração da gravidade é 10 m/s2.
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Exercício 2:
Na extremidade A de um trilho de ferro AB de comprimento L é dada uma martelada. O som atinge a extremidade B propagando-se no ar e no ferro. Um aparelho receptor instalado em B mede a diferença entre os intervalos de tempo de chegada do som em B, registrando o valor ?t. Sejam var e vferro as velocidades de propagação do som no ar e no ferro, respectivamente. Calcule o comprimento L do trilho em função de var, vferro e ?t.
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Exercício 3:
São dados dois sons de frequências 600 Hz e 300 Hz. Assinale as afirmativas corretas:
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 intervalo entre os dois sons é de uma oitava.
IV) O som de 600 Hz tem maior intensidade do que o de 300 Hz.
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Exercício 4:
O silêncio corresponde a uma intensidade energética I0 = 10-12 W/m2. Num aeroporto consta-se uma intensidade0energética I = 102 W/m2 , próximo a um avião a jato aterrissando. Neste local, qual é, no momento, o nível0sonoro? Dê a resposta em decibel?
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Exercício 5:
Um nível sonoro de 80 dB (por exemplo, de uma avenida movimentada) corresponde a uma intensidade energética _________ vezes maior do que a do nível sonoro de 50 dB (por exemplo, de um carro regulado). O número que preenche o espaço indicado no texto é:
a) 10
b) 30
c) 100
d) 1000
e) 10000
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Revisão/Ex 1:
(PUC-MG)
Uma martelada é dada na extremidade de um trilho. Na outra extremidade, encontra-se uma pessoa que ouve dois sons separados por um intervalo de tempo de 0,18 s. O primeiro dos sons se propaga através do trilho com uma velocidade de 3400 m/s, e o segundo através do ar, com uma velocidade de 340 m/s. O comprimento do trilho em metros será de:
a) 340 m.
b) 68 m.
c) 168 m.
d) 170 m.
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Revisão/Ex 2:
(Fatec-SP)
Os morcegos são cegos. Para se guiarem eles emitem um som na faixa de frequências ultra-sônicas que é refletido pelos objetos, no fenômeno conhecido como eco, e processado, permitindo a determinação da distância do objeto. Considerando que a velocidade do som no ar é de 340 m/s e sabendo que o intervalo temporal entre a emissão do grito e o seu retorno é de 1,0.10-2 s, a distância na qual um objeto se encontra do morcego é de:
a) 3,4 m.
b) 34 m.
c) 17 m.
d) 1,7 m.
e) 340 m.
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Revisão/Ex 3:
(PUC-Campinas-SP)
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.
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Revisão/Ex 4:
(UFRGS)
A menor intensidade de som que um ser humano pode ouvir é da ordem de
10-16 W/cm2. Já a maior intensidade suportável (limiar da dor) situa-se em torno dex10-3 W/cm2. Usa-se uma unidade especial para expressar essa grande variação de intensidades percebidas pelo ouvido humano: o bel (B). O significado dessa unidade é o seguinte: dois sons diferem de 1 B quando a intensidade de um deles é 10 vezes maior (ou menor) que a do outro, diferem de 2 B quando essa intensidade é 100 vezes maior (ou menor) que a do outro, de 3 B quando ela é 1000 vezes maior (ou menor) que a do outro, e assim por diante. Na prática, usa-se o decibel (dB), que corresponde a 1/10 do bel. Quantas vezes maior é, então, a intensidade dos sons produzidos em concertos de rock (110 dB) quando comparada com a intensidade do som produzido por uma buzina de automóvel (90 dB)?
a) 1,22.
b) 10.
c) 20.
d) 100.
e) 200.
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Revisão/Ex 5:
(ITA-SP)
Uma banda de rock irradia uma certa potência em um nível de intensidade sonora igual a 70 decibéis. Para elevar esse nível a 120 decibéis, a potência irradiada deverá ser elevada de:
a) 71%.
b) 171%.
c) 7100%.
d) 9999900%.
e) 10000000%.
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