Sonoridade

A sonoridade é um atributo do som que depende principalmente da amplitude da onda (quanto maior, maior a sonoridade.

Cada individuo determina o graú de sooridade de um som, dependendo da sua acuidade auditiva.

Lei do inverso dos quadrados

A energia radiada por uma fonte de ondas sonoras que envia ondas de igual intensidade em todas as direcções passa através de qualquer superfície esférica imaginária de raio R e de área 4πR^2, centrada nas origens das ondas.

Se o som se propagar sem obstáculos, a intensidade sonora num ponto à distancia R da origem é:

P é a potência sonora da fonte.

Lei do inverso dos quadrados: Na ausência de reflexões na parede de um compartimento e de absorção de energia pelo ar, a intensidade sonora é inversamente proporcional ao quadrado da distância à fonte.

A intensidade do som

A energia que as ondas sonoras transportam pode ser utilizada para efectuar trabalho.

Ex: -Forçar a membrana do tímpano a vibrar
- Danificar janelas e edifícios.

Potencia da onda(W): É a quantidade de energia transportada por segundo por uma onda sonora

Se o som se estiver a propagar sem obstaculos a intensidade é:





A intensidade pode ser medida por aparelhos denominados sonómetros.

Na figura abaixo está uma escala de niveis sonoros:

Ouvido Humano

O ouvido humano permite a detecção de frequências sonoras entre 20Hz e 16000 Hz e destinguir cons musicais dentro de uma gama de qualidade muito extensa.

O ouvido externo é constituído pelo pavilhão (ou orelha), que ajuda a recolher as ondas provenientes do exterior.

Estas ondas são transmitidas através do canal auditivo a uma membrana denominada membrana do tímpano.

No ouvido médio encontram-se os ossículos, que constituem um sistema de alavanca para transmitir as vibrações do ouvido externo ao ouvido interno.

Finalmente o ouvido interno mais precisamente na cóclea existem milhares de células capilares muito finas que são estimuladas pelas vibrações sonoras e dão origem à sensação da audição.

Estes estimulos são transmitidos ao cérebro através do nervo auditivo.

Reflexão e refracção

Reflexão das ondas: Quando as ondas encontram um obstáculo podem mudar de direcção da sua propagação, ou apenas o sentido.

Os materiais tem capacidade diferentes de refletir as ondas:
-Materiais duros: refletem quase na totalidade;
-Materiais macios: a absorção do som é muito elevada.


A reflexão do som está na origem do fenómeno do eco.
O eco acontece porque o ouvido humano tem a capacidade de perceber dois sons distintos desde que o intervalo de tempo entre a recepção dos mesmos seja superior a 0.1 s.

Refracção: Quando as ondas passam de um meio material para outro de diferente densidade e mudam a sua direcção.

Mas na refracção grande parte das ondas sonoras refletem-se e por isso, muitas vezes é difícil detectar a refracção.

Propagação em meios diferentes

Quando se muda as propriedade do meio em que se propagam ondas mecânicas, geralmente , vão variar as caracteristicas dessas ondas: a amplitude, o comprimento de onda e a velocidade.

Quando as caracteristicas dos dois meios são muito diferentes, é necessario um sistema intermédio para transferir energia de um para o outro.

Este processo chama-se adaptação de impedâncias.

Origem das ondas

As ondas podem ter origem em:

-cordas vibrantes (violino, guitarra, cordas vocais);
-colunas de ar vibrantes;
-placas ou membranas vibrantes (xilofone, altifalante, tambor).

Sons musicais : são formas de onda aproximadamente periódicas que dão origem a uma sensação auditiva agradável.

Ruído: é a sobreposição de sons periódicos com um número de componentes muito elevado.

Velocidade do som: A velocidade de propagação varia de meio para meio material.

Ressonância:

Num corpo simples, como um pêndulo, a frequência é bem definida e só há uma frequência natural.
Noutros corpos mais complicados, como um tambor, uma mesa, o corpo humano podem vibrar com muitas frequências diferentes.

Quando se coloca a oscilar uma mola elástica, puxando-a devagar para cima e para baixo, a amplitude do sistema é pequena, enquanto não se faz vibrar a mola com a sua frequência natural.

Aumentando a frequência de vibração varia a amplitude do movimento, mas é quando se atinge o valor da frequência natural da vibração da mola que a amplitude é máxima.
Diz-se que existe ressonância.

Exemplos de ressonância:

• Quando ouvimos um som, as componentes mecânicas dos nossos ouvidos entram em ressonância com a onda sonora que chega.
  
  
• Quando colocamos uma garrafa vazia com o gargalo perto do ouvido ouvimos a vibração do ar que entra em ressonância na garrafa.
  
  
• Quando uma coluna de soldados marcha sobre a ponte, se a frequência do passo cadenciado da coluna de soldados coincide com uma das frequências naturais da ponte pode dar origem a uma vibração de amplitude muito grande, devido á ressonância.

Frequências naturais: são as frequências com que ele vibra quando é actuado por um agente exterior.

Ondas Sonoras

O som tem origem, geralmente, num movimento oscilatório rápido de um corpo, que cria uma perturbação no ar (ou noutro meio mecânico) e que se propaga através deste meio sob a forma de onda.

O movimento do corpo dá origem a compressões e descompressões sucessivas do ar que se encontra junto a ele.

Se o corpo é movido com lentidão, o resultado é apenas um fluxo do ar em torno dele, mas se for movido rapidamente, esse fluxo é muito menor e o ar junto ao corpo é sucessivamente comprimido e descomprimido.

Em geral o som propaga-se em todas as direcções

Ondas sonoras são perturbações (longitudinais) que se propagam num meio mecânico e cuja frequência é susceptível de estimular o ouvido humano.

A gama de frequências do som, ou gama auditiva, varia desde cerca de 20Hz até cerca de 16000 Hz.

Ondas inferiores chamam-se infra-sónicas.

Ex: Ondas produzidas por tremores de terra

Ondas superiores chamam-se ultra-sónicas

Ex: Ondas utilizadas como meio terapêutico ou de diagnóstico em medicina e no sonar que permite entre outras coisas detectar a profundidade da água e encontrar corpos submersos.

Ondas estacionárias

Se uma corda estiver presa nas extremidades separadas de uma distância L, as ondas progressivas vão refletir-se nos extremos fixos da corda.

Cada reflexão dá origem a uma onda progressiva avançando no sentido oposto. As ondas refletidas e as incidentes vão sobrepor-se.

Então tem-se duas ondas com a mesma frequência, velocidade e amplitude, deslocando-se em sentidos opostos ao longo da corda.

Em determinadas condições, a resultante da sobreposição destas duas ondas vai ser uma onda estacionária.
















Os pontos máximos das ondas denominam-se ventres ou antinodos, estão separados uns dos outros por metade de um comprimento de onda.

Os pontos onde a amplitude é nula denominam-se nodos e também estão separados por metade de um comprimento de onda.

Estes valores de frequência chamam-se frequência naturais de oscilação da corda.

Ao valor mais baixo chamamos frequência fundamental ou primeira harmónica.

Características das ondas

Quando uma pessoa começa a sacudir para cima e para baixo a extremidade da corda, a perturbação causada vai ser comunicada á outra porção da corda que está a agarrar.

Essa perturbação vai-se deslocar até há outra extremidade da corda, porque cada secção de corda transmite a perturbação à secção seguinte. E quando essa perturbação passa a corda volta á posição inicial.

As ondas mecânicas têm a sua origem no deslocamento de alguma porção do meio elástico em relação à sua posição normal (posição de equilíbrio), provocando a sua oscilação em torno da posição de equilíbrio.



Quando uma pedra caí na superfície de um lado, uma série de cristas e vales circulares espalham-se pela superfície do lago.

O ponto em que a pedra caiu é a origem da onda;
A água do lago é o meio onde a onda se propaga;

Se existirem folhas ou outros corpos a flutuar, eles não se deslocam ao longo da superfície do líquido, apenas se movimentam para cima e para baixo à media que as ondas se propagam.

Como o meio é elástico, a perturbação propaga-se através dele, apesar de ele não se mover como um todo. Apenas as suas partículas oscilam individualmente em torno das suas posições de equilíbrio, numa trajectória limitada no espaço.

Ondas transversais:

Numa mola, estas ondas acontencem quando cada secção da recta é perpendicular à direcção de propagação da onda.

Ondas longitudinais:

Acontece quando os deslocamentos de cada secção da mola tem a direcção de propagação da onda.

Nos solidos podem ocorrer estes dois tipos de ondas, nas liquidos e gases acorrem apenas ondas longitudinais.

A distância entre duas cristas consecutivas ou dois vales consecutivos

Velocidade da crista:

Qualquer parte da onda propaga-se com a mesma velocidade: a velocidade de crista é a velocidade da onda.

Então para ondas com a mesma velocidade, o comprimento de onda é inversamente proporcional à frequencia.

O principio da sobreposição

O principio da sobreposição

Quando duas ou mais ondas atravessam a mesma regiao do espaço idependentemente umas das outras verifica-se o principio da sobreposição.

Principio da sobreposição das ondas :

Quando o deslocamento de uma particula do meio, a partir da respectiva posição de equilibrio, num determinado instante é a soma algébrica dos deslocamentos que cada uma das ondas provocaria individualmente nesse ponto e nesse instante.

Diz-se que as duas ondas intreferem construtivamente se as cristas das duas ondas coincidem ou estão muito próximas, então o deslocamento de uma particula do meio em relação à posição de equilibrio em cada ponto é o dobro, ou quase o dobro, do que seria provocado por apenas uma das ondas.

Diz-se que as duas ondas interferem destrutivamente se as cristas das duas ondas estão separadas de aproximadanente meio comprimento de onda, então o deslocamento de uma partícula do meio em relação à posiçao de equilíbrio, em cada ponto, é nulo ou muito pequeno.

Ondas planas e ondas esfericas

Frentes de onda: todos os pontos do meio com as mesmas características de posição (em relação á posição de equilíbrio), velocidade e aceleração.

Exemplo: as cristas ou os vales.

Se as frentes de onda se propagam numa única direcção, as frentes de onda são planas.

Se as frentes de onda se propagam em todas as direcções, as frentes de onda são esféricas.

Ondas

Tipos de onda

-as ondas no meio dos oceanos;
-as ondas causadas pelos pingos da chuva nos lagos;
-as ondas sísmicas quando a crusta terrestre se desloca;
-as ondas sonoras provocadas pelas cordas de um instrumento;
-as ondas que se propagam ao longo de uma corda esticada vibrante.

Estas ondas são ondas mecânicas progressivas porque se estão a propagar em meios materiais.

Mas alem destas ondas existem as ondas electromagnéticas que se propagam sem necessidade de suporte material.

Ex:
-a radiação visível
-a radiação ultravioleta
-a radiação infravermelha

Existe uma característica que é comum a todos os fenómenos em que intrevêm ondas:
Os efeitos produzidos dependem sempre da energia associada à propagação da onda.

Sistemas vibratórios

Movimento periódico: Qualquer movimento que se repete a si próprio em intervalos de tempo iguais.

Ex:
-Rotação da terra em torno do seu eixo.
- Movimento de translação do nosso planeta em torno do sol

Movimento oscilatório ou vibratório: se o movimento de uma partícula consiste um deslocar-se para trás e para a frente sobre o mesmo caminho.

Movimento oscilatório

Movimento vibratório