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ACSTICA

FABIANA DE SOUSA SANTOS GONGALVESEscola Estadual Constantino Fernandes

2012

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A acstica o ramo da fsica que estuda osom. O som um fenmeno ondulatrio

causado pelos mais diversos objetos e sepropaga atravs dos diferentes estadosfsicos da matria.

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O som faz parte de nossas informaes cotidianas,isso porque atravs dele podemos analisar o meioonde nos encontramos.Com uma importncia inevitvel em nossas vidas, osom est presente tambm na arquitetura, atravsda acstica, onde so eliminados rudos em excesso,

como em locais pblicos tais como igrejas, teatros eauditrios.J na medicina, a acstica utilizada para verificarnossa audio, e desenvolver equipamentos capazes

de melhor-la.Vamos ento definir o som como uma ondalongitudinal, que se propaga em um meio qualquer,

cuja frequncia varia entre 16 e 20 000 Hz.

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O som definido como a propagao de umafrente de compresso mecnica ou ondalongitudinal, se propagandotridimensionalmente pelo espao e apenas emmeios materiais, como o ar ou a gua. Para queesta propagao ocorra, necessrio que

aconteam compresses e rarefaes empropagao do meio. Estas ondas se propagamde forma longitudinal.

Quando passa, a onda sonora no arrasta aspartculas de ar, por exemplo, apenas faz comque estas vibrem em torno de sua posio deequilbrio.

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Fixemos uma lmina de

ao muito fina para queela possa oscilarconforme indica a figuraao lado.

Deslocando a lmina , ela comea a oscilar para direita epara esquerda. Esse movimento alternado provocacompresses e expanses no ar em contato com a lmina,produzindo ondas longitudinais chamadas ondas sonoras.

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Produo do somA produo do som constituda detoda matria em movimentovibratrio.

As ondas sonoras so ondas

longitudinais, em que as vibraescoincidem com a direo depropagao, podendo ser essa direo

unidimensional (que se propagam emuma direo), bidimensional (sepropagam no plano) e tridimensional(se propagam em todas as direes).

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n a ong tu na uma on a quevibra na mesma direo em que sepropaga.

Exemplo: Quando vibramos uma molaesticada para a frente e para trs,como se estivssemos comprimindoela e descomprimindo-a, esta onda

provocada na mola uma ondalongitudinal, ou seja... ela tem avibrao na mesma direo depropagao. Pode-se ver os anis da

mola se movendo para frente e paratrs.Esse tipo de onda propaga-se nosslidos, lquidos e gases, pois umaonda mecnica.

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Transmisso do som

A transmisso do som possvelporque a maioria deles nos alcana emrazo da influncia do ar, ou seja, oar age como agente transmissor do

som. Os sons no se propagam novcuo pelofato de exigirem um meiomaterial afim de que sua propagao

acontea.A transmisso do som melhor nosslidos que nos lquidos, e nos lquidos melhor que nos gases.

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O efeito combinado de compresso erarefao simultneo transfereenergia das molculas do ar daesquerda para a direita, ou da direitapara a esquerda na direo domovimento da lmina, produzindo

ondas longitudinais, nas quais asmolculas do ar se movimentam parafrente e para trs, recebendo energia

das molculas mais prximas da fontee transmitindo-a para as molculasmais afastadas dela, at chegarem aoouvido.

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No ouvido, as ondas atingem umamembrana chamada tmpano. O

tmpano passa a vibrar com a mesmafrequncia das ondas, transmitindoao crebro, por impulsos eltricos, a

sensao denominada som.

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As ondas sonoras audveis soproduzidas por: vibrao de cordas vibrao de colunas de ar vibrao de discos e membranas

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O Som uma onda mecnica quepossui a intensidade e frequncia

necessrias para ser percebida peloser humano. Entendemos como ondamecnica uma onda que precisa de

meios materiais, como o ar ou o solo,para se propagar. As frequnciasaudveis pelo ouvido humano ficamentre 16 Hz e 20000Hz (20kHz).Dentro desta faixa a encontram-se avoz humana, instrumentos, musicais,alto-falantes, etc.

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O som musical, que provoca sensaesagradveis, produzido por vibraesperidicas. O rudo, que provoca sensaes

desagradveis, produzido por vibraesaperidicas.

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O diapaso, que um instrumentoutilizado para afinar instrumentosmusicais, um bom instrumentosonoro. Posto a vibrar por um golpede martelo de borracha, suas hastesemitem determinada nota musical:

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Os dispositivos que produzem ondassonoras so chamados de fontes sonoras.Entre os que mais se destacam esto aquelescompostos por:Cordas vibrantes como violo o piano, ascordas vocais etc.Tubos sonoros como rgo flauta, clarineta.Membranas e placas vibrantes tal como otambor

Hastes vibrantes como o diapaso, triangulo,etc.

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A maioria dos sons chega ao ouvido

transmitida pelo ar, que age como meio detransmisso.Nas pequenas altitudes, os sons so bem

audveis, o que no ocorre em altitudesmaiores, onde o ar menos denso.O ar denso melhor transmissor do som

que o ar rarefeito, pois as molculas gasosasesto mais prximas e transmitem a energiacintica da onda de umas para outras com

maior facilidade

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Os sons no se transmitem no vcuo,

porque exigem um meio material para suapropagao.De uma maneira geral, os slidos

transmitem o som melhor que os lquidos,e estes, melhor do que os gases.Observe a tabela que apresenta a

velocidade de propagao do som a 25

C.

A di h id d l

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A audio humana considerada normalconsegue captar frequncias de ondasonoras que variam entre

aproximadamente 20Hz e 20000Hz. Sodenominadas ondas de infra-som, as ondasque tem frequncia menor que 20Hz, eultra-som as que possuem frequncia acima

de 20000Hz.

D

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De maneira que:A velocidade do som na gua

aproximadamente igual a 1450m/s eno ar, 20C 343m/s.

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Meio Velocidade (m/s)Ar 346

gua 1498Ferro 5200Vidro 4540

Alumnio 5000

A experincia mostra que o som podese propagar em qualquer meio natural

slido, lquido ou gasoso.A tabela a seguir apresenta avelocidade do som em alguns meios:

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Se a energia emitida pela fonte grande, isto , se o som muitoforte, temos uma sensaodesagradvel no ouvido, pois aquantidade de energia transmitida

exerce sobre o tmpano uma pressomuito forte.Quanto maior a vibrao da fonte,

maior a energia sonora, logo:Quanto maior a amplitude da onda,

maior a intensidade do som E h i i i

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Em homenagem ao cientista norte-americanoGraham Bell (1847-1922), que estudou o som einventou o telefone, a intensidade sonora medida em bel (B) ou decibis (dB).

O it i t d d i

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Os sons muito intensos so desagradveis aoouvido humano. Sons com intensidades acima de130 dB provocam uma sensao dolorosa e sons

acima de 160 dB podem romper o tmpano e causarsurdez.De acordo com a frequncia, um som pode ser

classificado em agudo ou grave. Essa qualidade chamada altura do som.

Sons graves ou baixos tm frequnciamenor.Sons agudos ou altos tm frequncia

maior propaga o o som em me os gasosos

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propaga o o som em me os gasososdepende fortemente da temperatura dogs, possvel inclusive demonstrar

experimentalmente que a velocidade dosom em gases dada por:Onde:

k=constante que depende da natureza dogs;T=temperatura absoluta do gs (emkelvin).Como exemplo podemos tomar avelocidade de propagao do som no ar temperatura de 15 (288K), que tem valor

340m/s.

S b d 15C 340 / l

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Sabendo que 15 C o som se propaga 340m/s, qualser sua velocidade de propagao 100C?Lembrando que:

15

= 288K 100

= 373K

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ReflexoEcoPolarizao

ReverberaoRefraoDifrao

InterfernciaRessonmcia

:

Fenmenos sonross

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Fenmenos sonross

Reflexo do Som

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Reflexo do SomAs ondas sonoras obedecems mesmas leis da reflexo

da ondulatria. A reflexode uma onda sonora acontecequando ela encontra umobstculo e retorna para omeio de origem depropagao. O acontecimentodesse fenmeno pode dar

origem a dois outrosfenmenos que so chamadosde eco e reverberao.

uan o on as sonoras provenientes e um

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uan o on as sonoras , , provenientes e umponto P encontram um obstculo plano, rgido, MN,produz-se reflexo das ondas sobre o obstculo.Na volta, produz-se uma srie de ondas refletidas CD,CD, que se propagam em sentido inverso ao das ondasincidentes e se comportam como se emanassem de umafonte P, simtrica da fonte P em relao ao pontorefletor.

O nt nd s m

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O eco acontece quando o somrefletido retorna aps o som originalser extinto totalmente. Na

reverberao o som que foi refletidochega ao ouvido antes da extino dosom original, dessa forma ocorre o

reforo do som emitido.

Eco

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EcoOs obstculos que refletem o sompodem apresentar superfciesmuito speras. Assim, o som podeser refletido por um muro, umamontanha etc.O som refletido chama-se eco,quando se distingue do somdireto.Para uma pessoa ouvir o eco de umsom por ela produzido, deve ficarsituada a, no mnimo, 17 m doobstculo refletor, pois o ouvidohumano s pode distinguir doissons com intervalo de 0,1 s. O som,que tem velocidade de 340 m/s,percorre 34 m nesse tempo.

O sonar um aparelhocapaz de emitir ondassonoras na gua ecaptar seus ecos,permitindo, assim, alocalizao de objetos

sob a gua.

Com uma experincia simples pode se medir a

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Com uma experincia simples pode-se medir avelocidade do som no ar. Posicione-se a uma distnciade 100 m de um edifcio e bata palmas. Ao encontrar

o edifcio a onda volta at voc em forma de eco. Acada eco que ouvir, bata palma de novo, pedindo a umapessoa que conte o tempo que voc leva para baterpalmas dez vezes: ela dever obter 6 s, pois o som

demora 0,6 s para percorrer 200 m (ida e volta).A velocidade do som pode ser obtida daseguinte forma:

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A Polarizao, um fenmeno queacontece somente com as ondastransversais. Consiste na seleo de um

plano de vibrao frente aos outros porum objeto, ou seja, se incidir ondas comtodos os planos de vibrao num certo

objeto, este acaba deixando passarapenas aquelas perturbaes que ocorremnum determinado plano.

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EX.: Uma aplicao da polarizao afotografia de superfcies altamenterefletoras como o caso de vitrines delojas, sem que nelas aparea o reflexo daimagem do fotgrafo. Para isto, utiliza-se

um polarizador, que funciona como umfiltro, no deixando passar os raios quesaem do fotgrafo chegarem at o

interior da mquina fotogrfica.

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Em grandes salas fechadas ocorre oencontro do som com as paredes. Esse

encontro produz reflexes mltiplasque, alm de reforar o som,prolongam-no durante algum tempo

depois de cessada a emisso. esse prolongamento que constitui areverberao.A reverberao ocorre quando o somrefletido atinge o observador noinstante em que o som direito est seextinguindo, ocasionando o

prolongamento da sensao auditiva

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A refrao do som tambm obedece

s leis da refrao da ondulatria. Arefrao em uma onda ocorre quandoela passa de um meio para outro com

ndice de refrao diferente,ocorrendo, dessa forma, a variao davelocidade de propagao e a variaodo comprimento de onda, mas nunca avariao da frequncia, pois se tratade uma caracterstica da fonte queest emitindo a onda.

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Difrao do SomA difrao a propriedade que as ondas tm

de contornar obstculos e que depende docomprimento da onda que est se propagando.

Atravs da razo entre o comprimento de onda

e a largura do obstculo podemos calcular ograu de difrao de uma onda especfica,matematicamente podemos escrever:

r =/d

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Quanto maior for a razo, maior ser

a extenso da curva de difrao. Esse o fenmeno que explica o fato depodermos ouvir atrs da porta quando

uma pessoa fala do outro lado dela,alm de ser um acontecimentolargamente aplicado nas montagens de

sistemas de alto-falantes.

o surgimento de uma fonte secundria

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o surgimento de uma fonte secundriade som devido passagem da onda poruma aresta, um orifcio ou uma fenda.

Difrao tambm o surgimento desombras acsticas devido ao choque daonda com um obstculo.

Orifcio menor do que o comprimento-de-onda

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Orifcio menor do que o comprimento de onda

A maior parte da onda refletida. A pequena parte queatravessa a parede pelo orifcio ser irradiada em todas asdirees, justamente como se fosse uma nova fonte de som.

Orifcio maior do que o comprimento-de-onda

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Orifcio maior do que o comprimento de onda

Transmisso sem perda de intensidade.

Interferncia

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Som forte interferncia construtivaSom fraco interferncia destrutiva

InterfernciaConsiste em um recebimento

de dois ou mais sons de fontes

diferentes. Neste caso, teremos umaregio do espao na qual, em certospontos, ouviremos um som forte, e emoutros, um som fraco ou ausncia desom.

Ressonncia

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Quando um corpo comea a vibrar por

influncia de outro, na mesmafrequncia deste, ocorre um fenmenochamado ressonncia.

Como exemplo, podemos citar o vidro deuma janela que se quebra ao entrar em

ressonncia com as ondas sonorasproduzidas por um avio a jato.

Ressonncia

Num treino, um atirador dispara sua arma diante de um

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anteparo refletor e ouve o eco do tiro aps 6 s. Sabendoque o som se propaga no ar com velocidade de 340 m/s,calcule a distncia do caador ao anteparo.

Resoluo:

Durante o movimento, o som percorre uma distncia igual a 2x(ida e volta), em movimento uniforme; logo:

Resposta: 1 020 m.

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Quando uma pessoa se aproxima de uma fonte sonora

fixa, a frequncia do som do ouvido 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.

Voc pode observar esse fenmeno ouvido o apito deuma locomotiva em movimento. O apito mais grave(frequncia menor) quando est se afastando, apster passado por voc.Observe que, quando h aproximao entre oobservador e a fonte, o observador recebe maiornmero de ondas por unidade de tempo e, quando h

afastamento recebe um menor nmero de ondas:

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experincias

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pS o simples gesto desintonizar uma emissora de

rdio ou TV j umaexperincia de ressonncia. Aseguir, sugerimos algunsexperimentos bem simples

para demonstrar a ressonncia.

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Arame danante na borda de uma

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m mtaa.

Ponha duas taas com um pouco de

gua perto uma da outra. Entorteum pedao de arame e coloque-osobre a borda de uma das taas.Umedea a ponta de seu dedo e

esfregue-o com suavidade pelaborda da outra taa. Se tudo dercerto, voc ouvir um som grave e

melodioso enquanto o arame comeaa vibrar em ressonncia com o som

que voc gerou.

Essa variao aparente da frequncia de onda chamada

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Essa variao aparente da frequncia de onda chamadaefeito Doppler, em homenagem ao fsico e matemticoaustraco Christian Johann Doppler (1803-1853), que ficouclebre por esse principio.Denominando f a frequncia recebida pelo observador e f afrequncia emitida pela fonte, temos:

Aproximao: f > f Afastamento: f < f

Essas grandezas so relacionadas pela expresso:

Onde:v velocidade da onda

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v = velocidade da ondavF = velocidade da fontevo = velocidade do observador

f = freqncia real emitida pela fontef = freqncia aparente recebida pelo observador.

Os sinais mais (+) ou menos (-) que precedem o vo ou vF so

utilizados de acordo com a conveno:

A trajetria ser positiva de O para F Portanto:

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Um automvel movendo-se a 20 m/s passa prximo a

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Um automvel, movendo se a 20 m/s, passa prximo auma pessoa parada junto ao meio-fio. A buzina docarro est emitindo uma nota de frequncia 2,0 kHz.

O ar est parado e a velocidade do som em relao aele 340m/s.Que frequncia o observador ouvir:a) quando o carro estiver se aproximando?b) quando o carro estiver se afastando?

Resoluo:

a) Quando o carro estiver se aproximando do observador,teremos:

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teremos:

b) Quando o carro estiver se afastando do observador,teremos:

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teremos:

. O som uma onda mecnica que se propaga no ar

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.O som uma onda mecnica que se propaga no arcom uma velocidade varivel, 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 frequncia de vibrao da membrana,em Hertz;Esta resposta encontra-se no prprio enunciado, jque se a membrana emite 1 250 pulsos por segundo,

ela repete seu movimento 1 250 vezes em cadasegundo, ou seja, esta sua frequncia.

b) Determine o perodo de vibrao;S b d f i i l b

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) p Sabendo a frequncia, s precisamos lembrar que operodo igual ao inverso da frequncia, logo:

Sendo a unidade expressa em segundos que a unidade inversa aHz.

c) Determine o comprimento de onda da onda sonora,t

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pem metros;Utilizando a equao:

J conhecemos a velocidade e a frequncia, entobasta isolarmos o comprimento de onda:

d) Sabendo-se que a velocidade do som no ari t t d l

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) qvaria com a temperatura segunda a relao

, sendo em graus Celsius e a velocidade emmetros por segundo. Qual a temperatura local?Sabendo-se que a velocidade do som no local 340m/s, podemos utilizar a equao e resolv-la:

A onda longitudinal move-se na mesma direo deoscilao dos corpos que estejam em seu caminho

http://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2010/01/onda-longitudinal-1.jpghttp://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2010/01/onda-longitudinal-1.jpghttp://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2010/01/onda-longitudinal-1.jpg

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oscilao dos corpos que estejam em seu caminho.Para exemplificar este tipo de onda, consideremos

agora uma pessoa falando ou um auto-falante emitindoum determinado som. O som (onda mecnica) da vozda pessoa se propaga no espao em todas as direes(por este motivo, a onda sonora tambm pode ser

caracterizada como onda tridimensional), afastando-se da fonte. O som, transmitindo-se no ar, produzcompresses e rarefaes. De acordo com a sequnciasonora emitida pela pessoa, podemos ter camadas de

ar mais comprimidas ou menos comprimidas, conformeest representado na figura como regies claras eregies escuras. A distncia entre uma regio clara eoutra escura representa meio comprimento de onda(/2).

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CARACTERSTICAS DO SOM

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CARACTERSTICAS DO SOM

ALTURA DO SOMA altura do som est relacionada coma frequncia da onda sonora e recebea qualidade do som grave ou agudo.

Quanto maior a frequncia, maisd

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Q q ,agudo o som.Quanto menor a frequncia, mais

grave o som.

INTENSIDADE DO SOM

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S O SOA intensidade I de uma onda sonora

est relacionada energiatransportada por segundo, atravs daunidade de rea.

Quanto maior a quantidade de energia que aonda transporta maior a intensidade do

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onda transporta, maior a intensidade dosom. A intensidade sonora est diretamente

relacionada com a amplitude de uma onda.O som grave (fraco) possui a amplitudemenor que o som forte.

TIMBRE DO SOMO ti b d t ti

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O timbre do som a caracterstica que nospermite distinguir dois sons de mesma

altura e mesma intensidade , emitidos porfontes sonoras diferentes. Por exemplo, amesma nota musical, emitida por umcavaquinho e por um piano, facilmente

identificada pela orelha devido diferenade timbre.

TIMBRE DO SOM

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EXERC CIOS

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1 Do som mais grave ao som mais agudo de umaescala musical, as ondas sonoras sofrem um

aumento progressivo de:AmplitudeElongaoVelocidadeFrequnciaComprimento da onda

EXERC CIOS

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2 Explique o que altura de um som.

3 Explique o que intensidade de umsom.4 Explique o que timbre de um som.5 O que voc entende por limiar da

audibilidade e limiar da dor?

EXERC CIOS

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6 (Unifor CE) O som uma onda longitudinal, que se propagaem meio material, com frequncia compreendida,

aproximadamente, entre 20 hertz e 20000 hertz. Em relao apropagao de ondas sonoras, analise as seguintes afirmaes.I A velocidade de propagao do som em determinado meiomaterial constante, independentemente do valor de suafrequncia.

II Uma onda sonora denominada infrassom, com frequnciainferior a 20 hertz, propaga-se com velocidade maior que outraonda denominada ultrassom, com frequncia superior a 20000hertz.

III Ondas sonoras sofrem refrao ao passarem de um meiomaterial a outro.