som e ondas
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ONDAS
É uma perturbação (energia) que se propaga em um meio.
Não transporta matéria
Transporta energia
Ondas são detectáveis
Se a água fosse invisível não veríamos a onda
Mas notaríamos uma evidência dela quando a
rolha B começasse a oscilar
Fonte: Canto, E L. Ciências Naturais – 8° ano
Classificação
Forma:
- Onda longitudinal
- Onda transversal
Direção de Propagação
- Onda unidimensional
- Onda bidimensional
- Onda tridimensional
Natureza
- Onda mecânica
Se propaga em meios materiais
Som, onda na água, onda em corda
- Onda eletromagnética
Se propaga em alguns meios materiais e no vácuo
Luz, onda de rádio, onda de tv
Espectro Eletromagnético
Elementos da Onda
A
vale vale
crista crista
ACÚSTICA
SOM
Objeto em vibração
Energia para o ar
Ondas
Com um detector apropriado podemos perceber os efeitos dessas ondas
Ondas sonoras = longitudinais
Propriedades do Som
Intensidade sonora
amplitude
Forte /
Fraco
(volume)
Amplitude intensa
Mexer no botão de controle de volume de um aparelho de som é alterar o nível de intensidade do som que sai
pelos auto-falantes.
Escala de Intensidade Sonora
Fon
te: Can
to, E L. C
iências N
aturais – 8
° ano
Propriedades do Som
Altura
frequência Agudo / grave
Som alto = agudo Alta frequência
Som baixo = grave Baixa frequência
Propriedades do Som
• Investigando a
altura do som
Faça uma régua vibrar nos
comprimentos de 10 cm, 15 cm,
20 cm e 25 cm.
Depois tente 8 cm, 12 cm, 16 cm
e 20 cm.
Com duas réguas: coloque-as
com diferentes comprimentos
para fora da mesa. Bata em uma
e logo depois na outra. Consegue
ouvir e ver a diferença?
Propriedades do Som
• Investigando a
altura do som
Propriedades do Som
• Investigando a altura do som
As notas musicais e a altura de um som
Propriedades do Som
Timbre
Está relacionada a capacidade da orelha humana em diferenciar dois sons de mesma frequência emitidos por fontes diferentes
Ocorre por causa da forma da onda
Frequência
Ouvido humano 20 a 20.000 Hz
Infrassom / Ultrassom
Velocidade
ar v=340m/s Depende da temperatura
Sólidos e líquidos v
Propriedades do Som
• Sons em cordas
• Sons em tubos
• Propagação do som nos sólidos
• Audição e fala
Investigações
Sons em cordas
• Investigando o papel do comprimento da corda na altura do som
1. Maior comprimento →
2. Menor comprimento →
Menor frequência Som mais grave
Maior frequência Som mais agudo
• Investigando o papel da espessura da corda na altura do som
1. Maior espessura →
2. Menor espessura →
Sons em cordas
Corda mais grossa Som mais grave
Corda mais fina Som mais agudo
• Investigando o papel da tensão na altura do som
1. Maior tensão →
2. Menor tensão →
Sons em cordas
Corda mais esticada Som mais agudo
Corda menos esticada Som mais grave
Aplicação – Instrumentos de corda
Harpa Irlandesa
Berimbau
Piano
Balalaica
Alaúde
Violão
• Espessura das cordas → calibrada pelos fabricantes
• Tração → regulada com as cravelhas, que é o que o violonista faz quando afina o instrumento
• Comprimento da corda → varia conforme se pressionam as cordas com os dedos contra o braço do instrumento
http://www.geocities.ws/lorotempest/fisica_no_violao.html
• 6 cordas de mesmo tamanho e espessuras diferentes
• Afinação padrão → cordas tensionadas até certo ponto: da corda mais grossa para a mais fina
MI (82,4hz) ; LA (110hz); RE (146hz) ; SOL (195hz) ; SI (246hz) ; MI (329hz)
• Caixa de ressonância → formato em 8 – sempre há regiões da caixa que entram em ressonância com cada som emitido pelas cordas, amplificando-as
Violão
Sons em tubos
• Investigando a produção do som em tubos
1. Mais cheio →
2. Menos cheio → Menor frequência Som mais grave
Maior frequência Som mais agudo
Gaita de fole
Lituus
Clarinete
Flauta de Pã ou Zampona
Flauta
Aplicação – Instrumentos de sopro
• Afinação → tamanho dos tubos (quando existentes)
• Quanto maior é o instrumento → mais baixa a afinação → mais grave a sonoridade
• Instrumentos que não possuem tubos, como a gaita, o acordeão e outros instrumentos de palheta livre, a afinação depende do tamanho da palheta
• Timbre → depende do meio de produção do som (palhetas, lábios, arestas), do formato e do comprimento dos tubos
Aplicação – Instrumentos de sopro
Aplicação – Instrumentos de sopro
• Para controlar a altura da nota obtida:
1. Variar a intensidade (e às vezes o ângulo) de entrada do ar no instrumento para alternar entre as notas
2. Alterar o comprimento efetivo do tubo. Isso pode ser feito por válvulas de movimento linear (pistões) ou rotativas (como nos trompetes e na trompa) ou variando o comprimento do tubo por um mecanismo deslizante (vara) - como no trombone
3. Introduzir furos ao longo do tubo, que permitem aumentar ou diminuir o comprimento de onda ou anular certas harmônicas. Este tipo de mecanismo é usado nas flautas, clarinetes, saxofones etc.
Propagação do som nos sólidos
Propagação do som nos sólidos
• Investigando quais propriedades do som são alteradas quando ele se propaga nos sólidos
1. Metal →
2. Madeira e plástico → Menor velocidade de propagação Som menos intenso
Maior velocidade de propagação Som amplificado
Propagação do som nos sólidos
• A velocidade de propagação do som num meio depende da rigidez e da densidade do meio
• Como esses dois fatores variam enormemente de um material para outro, temos velocidades extremamente diferentes para o som em meios diferentes
• Quando o som passa a se propagar de um meio para outro, há a variação da velocidade, do comprimento de onda, mas nunca da frequência, pois se trata de uma característica da fonte que está emitindo a onda sonora
Propagação do som nos sólidos Meio Velocidade (m/s)
Ar 346
Água 1498
Ferro 5200
Vidro 4540
• O som não se propaga no vácuo
• A velocidade do som no ar pode variar dependendo de sua temperatura e umidade
• A 15°C a velocidade é de 340m/s, mas a 0°C é de 331,6 m/s (medição da Academia de Ciências de Paris em 1882)
• Para cada elevação de 1°C, a velocidade do som no ar aumenta em 0,62 m/s
http://www.brasilescola.com/fisica/reflexao-refracao-som.htm http://www.proteve.net/som.html
Aplicação – Ouvindo debaixo da água
• O som se propaga cinco vezes mais rápido pela água do que pelo ar, por isso os sons debaixo d’água parecem mais intensos
Ciência divertida – Som. 4ª ed. Terry Cash & Bárbara Taylor. Editora Melhoramentos, 1994. Imagem: http://www.luciana-vieira.com/2010/08/os-poderes-do-sal-grosso.html
• Quando falamos ou cantamos, por exemplo, ouvimos uma voz linda; quando gravamos... Fica horrível!
• Quando escutamos nossa voz no dia a dia, recebemos informações por via aérea (som da voz pelo ar) e por via óssea (pela vibração dos ossos e também músculos e líquidos do corpo), e o som fica mais grave (grosso) que o som do gravador, que é mais próximo de como os outros nos ouvem.
Aplicação – Por que o som da nossa voz sai diferente nas gravações
http://linguagemdireta.com.br/blog/?p=24
Audição
• Investigando o funcionamento da orelha e do tímpano
1. Orelha externa →
Maior o cone Som amplificado
Função: • coletar e encaminhar as ondas sonoras até a
orelha média • amplificar o som • auxiliar na localização da fonte sonora • proteger a orelhas média e interna.
Audição
• Investigando o funcionamento da orelha e do tímpano
2. Tímpano →
Vibração do ar se transmite para a membrana
Função: • Vibra no seu todo, deslocando-se para dentro
e para fora da orelha média (fases de compressão e de rarefação), como um pistão, juntamente com o cabo do martelo, ao qual está intimamente fixado
Audição
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ouvido_externo
• Na orelha interna, a cóclea transforma as vibrações em mensagens elétricas, levadas ao cérebro pelo nervo auditivo para serem “interpretadas” como sons
• O martelo, a bigorna e o estribo são ossículos da orelha média, cuja função é amplificar as vibrações do tímpano, passando-as para a orelha interna
http://www.forl.org.br/pdf/seminarios/seminario_28.pdf
Audição
Fala
• Investigando o funcionamento das pregas vocais
1. Bexiga →
2. Elásticos →
Maior a tensão Maior a frequência Som mais agudo
Menor o copo Menor tensão Som mais grave
Fala
Função das pregas vocais:
1. Proteção das vias aéreas superiores: assim como a epiglote, toda vez que deglutimos as pregas vocais se fecham
2. Reflexo da tosse: quando algum elemento estranho consegue penetrar em direção às vias respiratórias as pregas vocais realizam o "reflexo da tosse" na tentativa de expulsá-lo
Fala
Função das pregas vocais:
3. Selamento laríngeo: quando fazemos força, seja quando precisamos deslocar um objeto no espaço, seja fazendo exercícios de musculação, seja para mergulhar na piscina, para "ir ao banheiro" ou para "dar à luz", nossas pregas vocais tendem a se fechar realizando o fechamento laríngeo para que tenhamos "força" para executar a tarefa
4. Função de fonação
• Durante as atividades dos itens 1, 2 e 3 as pregas vocais se fecham e se apresentam tensionadas. Para a fonação, no entanto, devem estar relaxadas, para vibrar
• Quando as pregas vocais vibram apresentam um padrão de abertura e fechamento extremamente rápido, não visível a olho nu
Fala
Fala • Se temos o impulso de fonar, as pregas vocais
devem estar relaxadas para que o ar vindo dos pulmões, através do "efeito Bernoulli" possa sugar as pregas uma em direção a outra
• O som da voz resulta do equilíbrio entre duas forças: a do ar que vem dos pulmões, que pode ser chamada de força aerodinâmica, e a força muscular oriunda das pregas vocais, que pode ser chamada de força mioelástica (pressão subglótica, que afasta as pregas vocais e permite a saída de ar)
http://dicasdevoz.blogspot.com.br/2009/10/funcoes-das-pregas-vocais.html
Vídeos:
• mostram a abertura e o fechamento da cavidade nasal quando respiramos e falamos
• mostram as pregas vocais em funcionamento. É possível ver, usando uma luz estroboscópica, as pregas vibrando com a passagem do ar pela garganta
• mostram o movimento de toda a cavidade nasal-bucal para formar sons mais graves e mais agudos
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=ajbcJiYhFKY
http://www.youtube.com/watch?v=SGZkLcsS2DU
Fala
• As ondas produzidas pelas pregas vocais são modificadas pelas cavidades oral e/ou nasal, pela elevação do véu palatino. Os movimentos da língua, maxilar, e lábios, dão forma à cavidade oral, dependendo do som a ser produzido
• Durante a fonação, as pregas vocais abrem e fecham de forma quase periódica. Na fala de adultos, o valor da freqüência de vibração é, em média, 120 Hz para homens, 220 Hz para mulheres e 240 Hz para as crianças
Fala
http://www.fisica.ufmg.br/~acustica/roteiros/rot8.pdf
• A voz envelhece? Como todo o corpo, a voz também passa por modificações com a idade, que são mais evidentes a partir dos 60 anos, com grande variação de pessoa para pessoa. A voz pode ficar mais fraca, mais trêmula, mais grossa nas mulheres e mais fina nos homens.
Fala
http://linguagemdireta.com.br/blog/?p=24
Construindo instrumentos musicais
• Sons em cordas
Harpa com fios de nylon
Baixo de corda
Construindo instrumentos musicais
• Sons em tubos
Construindo instrumentos musicais
• Carrilhões
Construindo instrumentos musicais
• Fazer questões sobre os instrumentos, para que eles investiguem:
• Como você consegue fazer um instrumento produzir um som mais alto (agudo)?
• Você pode construir um instrumento musical com material variado? Como você acha que isso influenciaria no som do seu instrumento?
• etc...
Por que ouvimos um som parecido com o
das ondas do mar quando aproximamos
uma concha da orelha?
Ressonância
Quando uma fonte emite uma onda que possui
frequência igual à frequência natural de vibração
de um corpo próximo
O corpo poderá vibrar com
amplitude cada vez maior
http://www.youtube.com/watch?v=dvRHK4yA8rc
Os ruídos do ambiente podem criar ressonância dentro
da concha por excitar as frequências de ressonância do
ar em seu interior. Isso nos dá a sensação de estarmos
ouvindo o movimento das ondas do mar.
Voltando à questão da concha...
Se a pessoa ajustar a
frequência dos impulsos
iniciais de seu corpo com
a frequência natural de
vibração da prancha
conseguirá um efeito
melhor.
Reflexão: Reforço, Reverberação e Eco
Reforço Impressão de que o som
se torna mais “possante”.
O som refletido chega
quase junto com o som
original
Ambos se reforçam,
dando sensação de
maior intensidade
Reflexão: Reforço, Reverberação e Eco
Reforço
Reflexão: Reforço, Reverberação e Eco
Reverberação
Paredes mais distantes
Som refletido demora
mais
Impressão de continuidade do
som, principalmente no fim da
duração de uma nota.
Reflexão: Reforço, Reverberação e Eco
Reverberação
Reflexão: Reforço, Reverberação e Eco
Eco 0,1 s = intervalo para dois sons serem
ouvidos com clareza
persistência auditiva
Absorção
Placas de
isolamento acústico
Ao entrar nos poros o ar
sofre sucessivas reflexões
Parte da energia
é absorvida
Intensidade baixa
Efeito Doppler
Ultrassom
f > 20000Hz
Sonar
Exame por Ultrassonografia
Mecanismo de orientação
do morcego
Estrondo supersônico
(1) Subsônico; (2) Mach 1; (3) supersônico e (4) onda de choque
Ao nível do mar e em condições
de atmosfera padrão, a velocidade
do som é de 1226 km/h
http://luisprandel.blogspot.com.br/2012/09/fisica-barreira-do-som.html
→ Há um acúmulo de ondas no nariz do avião
→ Barreira Sônica: se V = 1226 km/h por algum tempo, à
frente do avião se formaria uma verdadeira muralha de
ar, pois todas as ondas formadas ainda continuariam no
mesmo lugar em relação ao avião
→ Se o avião continuar a acelerar, ultrapassando a
velocidade do som, ele estará deixando para trás as
ondas de pressão que vai produzindo
→A intensidade do estrondo sônico depende de vários
fatores: dimensões do avião, forma do avião, velocidade
do vôo e altitude
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=U3aGfUF5bXk
http://g1.globo.com/fantastico/videos/t/edicoes/v/onda-de-choque-foi-
responsavel-por-estilhacar-vidracas-do-stf-durante-voo-da-fab/2031316/