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Acústica

  1. 1. ACÚSTICAFABIANA DE SOUSA SANTOS GONGALVES Escola Estadual Constantino Fernandes 2012
  2. 2. A acústica é o ramo da física que estuda osom. O som é um fenômeno ondulatóriocausado pelos mais diversos objetos e sepropaga através dos diferentes estadosfísicos da matéria.
  3. 3. O som faz parte de nossas informações cotidianas,isso porque através dele podemos analisar o meioonde nos encontramos.Com uma importância inevitável em nossas vidas, osom está presente também na arquitetura, atravésda acústica, onde são eliminados ruídos em excesso,como em locais públicos tais como igrejas, teatros eauditórios.Já na medicina, a acústica é utilizada para verificarnossa audição, e desenvolver equipamentos capazesde melhorá-la.Vamos então definir o som como uma ondalongitudinal, que se propaga em um meio qualquer,cuja frequência varia entre 16 e 20 000 Hz.
  4. 4. O som é definido como a propagação de umafrente de compressão mecânica ou ondalongitudinal, se propagandotridimensionalmente pelo espaço e apenas emmeios materiais, como o ar ou a água. Para queesta propagação ocorra, é necessário queaconteçam compressões e rarefações empropagação do meio. Estas ondas se propagamde forma longitudinal.Quando passa, a onda sonora não arrasta aspartículas de ar, por exemplo, apenas faz comque estas vibrem em torno de sua posição deequilíbrio.
  5. 5. Fixemos uma lâmina de aço muito fina para que ela possa oscilar conforme indica a figura ao lado.Deslocando a lâmina , ela começa a oscilar para direita epara esquerda. Esse movimento alternado provocacompressões e expansões no ar em contato com a lâmina,produzindo ondas longitudinais chamadas ondas sonoras.
  6. 6. Produção do somA produção do som é constituída detoda matéria em movimentovibratório.As ondas sonoras são ondaslongitudinais, em que as vibraçõescoincidem com a direção depropagação, podendo ser essa direçãounidimensional (que se propagam emuma direção), bidimensional (sepropagam no plano) e tridimensional(se propagam em todas as direções).
  7. 7. Onda longitudinal é uma onda quevibra na mesma direção em que sepropaga.Exemplo: Quando vibramos uma molaesticada para a frente e paratrás, como se estivéssemoscomprimindo ela e descomprimindo-a, esta onda provocada na mola é umaonda longitudinal, ou seja... ela tem avibração na mesma direção depropagação. Pode-se ver os anéis damola se movendo para frente e paratrás.Esse tipo de onda propaga-se nossólidos, líquidos e gases, pois é umaonda mecânica.
  8. 8. Transmissão do somA transmissão do som é possívelporque a maioria deles nos alcança emrazão da influência do ar, ou seja, oar age como agente transmissor dosom. Os sons não se propagam novácuo pelo fato de exigirem um meiomaterial afim de que sua propagaçãoaconteça.A transmissão do som é melhor nossólidos que nos líquidos, e nos líquidosé melhor que nos gases.
  9. 9. O efeito combinado de compressão erarefação simultâneo transfereenergia das moléculas do ar daesquerda para a direita, ou da direitapara a esquerda na direção domovimento da lâmina, produzindoondas longitudinais, nas quais asmoléculas do ar se movimentam parafrente e para trás, recebendo energiadas moléculas mais próximas da fontee transmitindo-a para as moléculasmais afastadas dela, até chegarem aoouvido.
  10. 10. No ouvido, as ondas atingem umamembrana chamada tímpano. Otímpano passa a vibrar com a mesmafrequência das ondas, transmitindoao cérebro, por impulsos elétricos, asensação denominada som.
  11. 11. As ondas sonoras audíveis sãoproduzidas por:• vibração de cordas• vibração de colunas de ar• vibração de discos e membranas
  12. 12. O Som é uma onda mecânica quepossui a intensidade e frequêncianecessárias para ser percebida peloser humano. Entendemos como ondamecânica uma onda que precisa demeios materiais, como o ar ou osolo, para se propagar. As frequênciasaudíveis pelo ouvido humano ficamentre 16 Hz e 20000Hz (20kHz).Dentro desta faixa a encontram-se avozhumana, instrumentos, musicais, alto-falantes, etc.
  13. 13. O som musical, que provoca sensaçõesagradáveis, é produzido por vibraçõesperiódicas. O ruído, que provoca sensaçõesdesagradáveis, é produzido por vibraçõesaperiódicas.
  14. 14. O diapasão, que é um instrumentoutilizado para afinar instrumentosmusicais, é um bom instrumentosonoro. Posto a vibrar por um golpede martelo de borracha, suas hastesemitem determinada nota musical:
  15. 15. Os dispositivos que produzem ondassonoras são chamados de fontes sonoras.Entre os que mais se destacam estão aquelescompostos por:•Cordas vibrantes como violão o piano, ascordas vocais etc.•Tubos sonoros como órgão flauta, clarineta.•Membranas e placas vibrantes tal como otambor•Hastes vibrantes como o diapasão, triangulo,etc.
  16. 16. A maioria dos sons chega ao ouvidotransmitida pelo ar, que age como meio detransmissão. Nas pequenas altitudes, os sons são bemaudíveis, o que não ocorre em altitudesmaiores, onde o ar é menos denso. O ar denso é melhor transmissor do somque o ar rarefeito, pois as moléculas gasosasestão mais próximas e transmitem a energiacinética da onda de umas para outras commaior facilidade.
  17. 17. Os sons não se transmitem no vácuo,porque exigem um meio material para suapropagação. De uma maneira geral, os sólidostransmitem o som melhor que os líquidos,e estes, melhor do que os gases. Observe a tabela que apresenta avelocidade de propagação do som a 25°C.
  18. 18. A audição humana considerada normalconsegue captar frequências de ondasonoras que variam entreaproximadamente 20Hz e 20000Hz. Sãodenominadas ondas de infra-som, as ondasque tem frequência menor que 20Hz, eultra-som as que possuem frequência acimade 20000Hz.
  19. 19. De maneira que: A velocidade do som na água éaproximadamente igual a 1450m/s eno ar, à 20 C é 343m/s.
  20. 20. A experiência mostra que o som podese propagar em qualquer meio naturalsólido, líquido ou gasoso.A tabela a seguir apresenta avelocidade do som em alguns meios: Meio Velocidade (m/s) Ar 346 Água 1498 Ferro 5200 Vidro 4540 Alumínio 5000
  21. 21. Se a energia emitida pela fonte égrande, isto é, se o som é muitoforte, temos uma sensaçãodesagradável no ouvido, pois aquantidade de energia transmitidaexerce sobre o tímpano uma pressãomuito forte. Quanto maior a vibração da fonte,maior a energia sonora, logo:Quanto maior a amplitude daonda, maior a intensidade do som.
  22. 22. Em homenagem ao cientista norte-americanoGraham Bell (1847-1922), que estudou o som einventou o telefone, a intensidade sonora émedida em bel (B) ou decibéis (dB).
  23. 23. Os sons muito intensos são desagradáveis aoouvido humano. Sons com intensidades acima de130 dB provocam uma sensação dolorosa e sonsacima de 160 dB podem romper o tímpano e causarsurdez. De acordo com a frequência, um som pode serclassificado em agudo ou grave. Essa qualidade échamada altura do som.Sons graves ou baixos têm frequênciamenor.Sons agudos ou altos têm frequênciamaior.
  24. 24. A propagação do som em meios gasososdepende fortemente da temperatura dogás, é possível inclusive demonstrarexperimentalmente que a velocidade dosom em gases é dada por: Onde:k=constante que depende da natureza dogás;T=temperatura absoluta do gás (emkelvin).Como exemplo podemos tomar avelocidade de propagação do som no ar àtemperatura de 15 (288K), que tem valor340m/s.
  25. 25. Sabendo que à 15 C o som se propaga à 340m/s, qualserá sua velocidade de propagação à 100 C?Lembrando que: 15 = 288K 100 = 373K
  26. 26. : →Reflexão →Eco Polarização→Reverberação →Refração →Difração→Interferência→Ressonâmcia
  27. 27. Reflexão do SomAs ondas sonoras obedecemàs mesmas leis da reflexãoda ondulatória. A reflexãode uma onda sonora acontecequando ela encontra umobstáculo e retorna para omeio de origem depropagação. O acontecimentodesse fenômeno pode darorigem a dois outrosfenômenos que são chamadosde eco e reverberação.
  28. 28. Quando ondas sonoras AB, A’B’, A”B” provenientes de umponto P encontram um obstáculo plano, rígido, MN,produz-se reflexão das ondas sobre o obstáculo.Na volta, produz-se uma série de ondas refletidas CD,C’D’, que se propagam em sentido inverso ao das ondasincidentes e se comportam como se emanassem de umafonte P’, simétrica da fonte P em relação ao pontorefletor.
  29. 29. O eco acontece quando o somrefletido retorna após o som originalser extinto totalmente. Nareverberação o som que foi refletidochega ao ouvido antes da extinção dosom original, dessa forma ocorre oreforço do som emitido.
  30. 30. Eco Os obstáculos que refletem o som podem apresentar superfícies muito ásperas. Assim, o som pode ser refletido por um muro, uma montanha etc. O som refletido chama-se eco, quando se distingue do som direto. Para uma pessoa ouvir o eco de umO sonar é um aparelho som por ela produzido, deve ficarcapaz de emitir ondas situada a, no mínimo, 17 m dosonoras na água e obstáculo refletor, pois o ouvidocaptar seus humano só pode distinguir doisecos, permitindo, assi sons com intervalo de 0,1 s. O som,m, a localização de que tem velocidade de 340 m/s,objetos sob a água. percorre 34 m nesse tempo.
  31. 31. Com uma experiência simples pode-se medir avelocidade do som no ar. Posicione-se a uma distânciade 100 m de um edifício e bata palmas. Ao encontraro edifício a onda volta até você em forma de eco. Acada eco que ouvir, bata palma de novo, pedindo a umapessoa que conte o tempo que você leva para baterpalmas dez vezes: ela deverá obter 6 s, pois o somdemora 0,6 s para percorrer 200 m (ida e volta).A velocidade do som pode ser obtida daseguinte forma:
  32. 32. A Polarização, é um fenômeno queacontece somente com as ondastransversais. Consiste na seleção de umplano de vibração frente aos outros porum objeto, ou seja, se incidir ondas comtodos os planos de vibração num certoobjeto, este acaba deixando passarapenas aquelas perturbações que ocorremnum determinado plano.
  33. 33. EX.: Uma aplicação da polarização é afotografia de superfícies altamenterefletoras como é o caso de vitrines delojas, sem que nelas apareça o reflexo daimagem do fotógrafo. Para isto, utiliza-seum polarizador, que funciona como umfiltro, não deixando passar os raios quesaem do fotógrafo chegarem até ointerior da máquina fotográfica.
  34. 34. Em grandes salas fechadas ocorre oencontro do som com as paredes. Esseencontro produz reflexões múltiplasque, além de reforçar o som,prolongam-no durante algum tempodepois de cessada a emissão.É esse prolongamento que constitui areverberação.A reverberação ocorre quando o somrefletido atinge o observador noinstante em que o som direito está seextinguindo, ocasionando oprolongamento da sensação auditiva.
  35. 35. A refração do som também obedeceàs leis da refração da ondulatória. Arefração em uma onda ocorre quandoela passa de um meio para outro comíndice de refração diferente,ocorrendo, dessa forma, a variação davelocidade de propagação e a variaçãodo comprimento de onda, mas nunca avariação da frequência, pois se tratade uma característica da fonte queestá emitindo a onda.
  36. 36. Difração do Som A difração é a propriedade que as ondas têm de contornar obstáculos e que depende docomprimento da onda que está se propagando.Através da razão entre o comprimento de onda e a largura do obstáculo podemos calcular o grau de difração de uma onda específica, matematicamente podemos escrever: r = λ/d
  37. 37. Quanto maior for a razão, maior seráa extensão da curva de difração. Esse é o fenômeno que explica o fato depodermos ouvir atrás da porta quando uma pessoa fala do outro lado dela, além de ser um acontecimentolargamente aplicado nas montagens de sistemas de alto-falantes.
  38. 38. É o surgimento de uma fonte secundáriade som devido à passagem da onda poruma aresta, um orifício ou uma fenda.Difração também é o surgimento desombras acústicas devido ao choque daonda com um obstáculo.
  39. 39. Orifício menor do que o comprimento-de-ondaA maior parte da onda é refletida. A pequena parte queatravessa a parede pelo orifício será irradiada em todas asdireções, justamente como se fosse uma nova fonte de som.
  40. 40. Orifício maior do que o comprimento-de-onda Transmissão sem perda de intensidade.
  41. 41. Interferência Consiste em um recebimentode dois ou mais sons de fontesdiferentes. Neste caso, teremos umaregião do espaço na qual, em certospontos, ouviremos um som forte, e emoutros, um som fraco ou ausência desom. Som forte  interferência construtiva Som fraco  interferência destrutiva
  42. 42. Ressonância Quando um corpo começa a vibrar por influência de outro, na mesma frequência deste, ocorre um fenômeno chamado ressonância.Como exemplo, podemos citar o vidro de uma janela que se quebra ao entrar em ressonância com as ondas sonoras produzidas por um avião a jato.
  43. 43. Num treino, um atirador dispara sua arma diante de umanteparo refletor e ouve o eco do tiro após 6 s. Sabendoque o som se propaga no ar com velocidade de340 m/s, calcule a distância do caçador ao anteparo.Resolução:Durante o movimento, o som percorre uma distância igual a 2x(ida e volta), em movimento uniforme; logo:Resposta: 1 020 m.
  44. 44. Quando uma pessoa se aproxima de uma fonte sonorafixa, a frequência do som do ouvido é maior do queaquela de quando a pessoa se afasta da fonte.O mesmo resultado seria obtido se a fonte seaproximasse ou se afastasse de uma pessoa parada.Você pode observar esse fenômeno ouvido o apito deuma locomotiva em movimento. O apito é mais grave(frequência menor) quando está se afastando, apóster passado por você.Observe que, quando há aproximação entre oobservador e a fonte, o observador recebe maiornúmero de ondas por unidade de tempo e, quando háafastamento, recebe um menor número de ondas:
  45. 45. experiênciasSó o simples gesto desintonizar uma emissora derádio ou TV já é umaexperiência de ressonância. Aseguir, sugerimos algunsexperimentos bem simplespara demonstrar a ressonância.
  46. 46. Arame dançante na borda de uma taça.Ponha duas taças com um pouco de água perto uma da outra. Entorte um pedaço de arame e coloque-o sobre a borda de uma das taças. Umedeça a ponta de seu dedo e esfregue-o com suavidade pela borda da outra taça. Se tudo der certo, você ouvirá um som grave emelodioso enquanto o arame começaa vibrar em ressonância com o som que você gerou.
  47. 47. Essa variação aparente da frequência de onda é chamadaefeito Doppler, em homenagem ao físico e matemáticoaustríaco Christian Johann Doppler (1803-1853), que ficoucélebre por esse principio.Denominando f’ a frequência recebida pelo observador e f afrequência emitida pela fonte, temos:• Aproximação: f’ > f• Afastamento: f’ < fEssas grandezas são relacionadas pela expressão:
  48. 48. Onde:v = velocidade da ondavF = velocidade da fontevo = velocidade do observadorf = freqüência real emitida pela fontef’ = freqüência aparente recebida pelo observador.Os sinais mais (+) ou menos (-) que precedem o vo ou vF sãoutilizados de acordo com a convenção: A trajetória será positiva de O para F. Portanto:
  49. 49. Um automóvel, movendo-se a 20 m/s, passa próximo auma pessoa parada junto ao meio-fio. A buzina docarro está emitindo uma nota de frequência 2,0 kHz.O ar está parado e a velocidade do som em relação aele é 340m/s.Que frequência o observador ouvirá:a) quando o carro estiver se aproximando?b) quando o carro estiver se afastando?Resolução:
  50. 50. a) Quando o carro estiver se aproximando doobservador, teremos:
  51. 51. b) Quando o carro estiver se afastando doobservador, teremos:
  52. 52. .O som é uma onda mecânica que se propaga no arcom uma velocidade variável, conforme a temperaturalocal.Supondo que em um lugar essa velocidade seja340m/s. Se um auto-falante, ao vibrar sua membrananeste local, emite 1 250 pulsos por segundo:a) Determine a frequência de vibração da membrana,em Hertz;Esta resposta encontra-se no próprio enunciado, jáque se a membrana emite 1 250 pulsos por segundo,ela repete seu movimento 1 250 vezes em cadasegundo, ou seja, esta é sua frequência.
  53. 53. b) Determine o período de vibração;Sabendo a frequência, só precisamos lembrar que operíodo é igual ao inverso da frequência, logo: Sendo a unidade expressa em segundos que é a unidade inversa a Hz.
  54. 54. c) Determine o comprimento de onda da onda sonora,em metros;Utilizando a equação:Já conhecemos a velocidade e a frequência, entãobasta isolarmos o comprimento de onda:
  55. 55. d) Sabendo-se que a velocidade do som no arvaria com a temperatura segunda a relação, sendo θ em graus Celsius e a velocidade emmetros por segundo. Qual a temperatura local?Sabendo-se que a velocidade do som no local é340m/s, podemos utilizar a equação e resolvê-la:
  56. 56. A onda longitudinal move-se na mesma direção deoscilação dos corpos que estejam em seu caminho. Para exemplificar este tipo de onda, consideremosagora uma pessoa falando ou um auto-falante emitindoum determinado som. O som (onda mecânica) da vozda pessoa se propaga no espaço em todas as direções(por este motivo, a onda sonora também pode sercaracterizada como onda tridimensional), afastando-se da fonte. O som, transmitindo-se no ar, produzcompressões e rarefações. De acordo com a sequênciasonora emitida pela pessoa, podemos ter camadas dear mais comprimidas ou menos comprimidas, conformeestá representado na figura como regiões claras eregiões escuras. A distância entre uma região clara eoutra escura representa meio comprimento de onda(λ/2).
  57. 57. CARACTERÍSTICAS DO SOM ALTURA DO SOM A altura do som está relacionada com a frequência da onda sonora e recebe a qualidade do som grave ou agudo.
  58. 58. •Quanto maior a frequência, maisagudo é o som.•Quanto menor a frequência, maisgrave é o som.
  59. 59. INTENSIDADE DO SOM A intensidade I de uma onda sonora está relacionada à energia transportada por segundo, através da unidade de área.
  60. 60. Quanto maior a quantidade de energia que aonda transporta, maior é a intensidade dosom. A intensidade sonora está diretamenterelacionada com a amplitude de uma onda.O som grave (fraco) possui a amplitudemenor que o som forte.
  61. 61. TIMBRE DO SOM O timbre do som é a característica que nos permite distinguir dois sons de mesma altura e mesma intensidade , emitidos por fontes sonoras diferentes. Por exemplo, a mesma nota musical, emitida por um cavaquinho e por um piano, é facilmente identificada pela orelha devido à diferença de timbre.
  62. 62. TIMBRE DO SOM
  63. 63. EXERCÍCIOS 1 – Do som mais grave ao som mais agudo de uma escala musical, as ondas sonoras sofrem um aumento progressivo de: •Amplitude •Elongação •Velocidade •Frequência •Comprimento da onda
  64. 64. EXERCÍCIOS 2 – Explique o que é altura de um som. 3 – Explique o que é intensidade de um som. 4 – Explique o que é timbre de um som. 5 – O que você entende por limiar da audibilidade e limiar da dor?
  65. 65. EXERCÍCIOS6 – (Unifor – CE) O som é uma onda longitudinal, que se propagaem meio material, com frequência compreendida,aproximadamente, entre 20 hertz e 20000 hertz. Em relação apropagação de ondas sonoras, analise as seguintes afirmações.I – A velocidade de propagação do som em determinado meiomaterial é constante, independentemente do valor de suafrequência.II – Uma onda sonora denominada infrassom, com frequênciainferior a 20 hertz, propaga-se com velocidade maior que outraonda denominada ultrassom, com frequência superior a 20000hertz.III – Ondas sonoras sofrem refração ao passarem de um meiomaterial a outro.

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