Ondas e som.

Orientações aos alunos:
* Leiam com atenção e observem os exemplos.
* Assistam às vídeo aulas pelo CMSP, TV, Plataforma Stoodi.
* Identifiquem as atividades com nome, série, turma , n° de chamada (se possível) e data de postagem da atividade no Blog.
* Enviem as atividades para o E-mail: josecorreia@prof.educacao.sp.gov.br
* Data de entrega: de 19/08 á 24/08.

Ondas.

Uma onda é um movimento causado por uma perturbação, e esta se propaga através de um meio.

Um exemplo de onda é tido quando joga-se uma pedra em um lago de águas calmas, onde o impacto causará uma perturbação na água, fazendo com que ondas circulares se propagem pela superfície da água.

Também existem ondas que não podemos observar a olho nu, como, por exemplo, ondas de rádio, ondas de televisão, ondas ultra-violeta e microondas.

Além destas, existem alguns tipos de ondas que conhecemos bem, mas que não identificamos normalmente, como a luz e o som.

Mas o que elas têm em comum é que todas são energias propagadas através de um meio, e este meio não acompanha a propagação.

Classificação das ondas

Conforme sua natureza as ondas são classificadas em:

• Ondas Mecânicas: são ondas que necessitam de um meio material para se propagar, ou seja, sua propagação envolve o transporte de energia cinética e potencial e depende da elasticidade do meio. Por isto não é capaz de propagar-se no vácuo. Alguns exemplos são os que acontecem em molas e cordas, sons e em superfícies de líquidos.
• Ondas Eletromagnéticas: são ondas geradas por cargas elétricas oscilantes e sua propagação não depende do meio em que se encontram, podendo propagar-se no vácuo e em determinados meios materiais. Alguns exemplos são as ondas de rádio, de radar, os raios x e as microondas.

Todas as ondas eletromagnéticas tem em comum a sua velocidade de propagação no vácuo, próxima a 300000km/s, que é equivalente a 1080000000km/h.

Quanto ao número de dimensões de propagação, as ondas são classificadas em:

* Unidimensionais: que se propagam em apenas uma direção, como as ondas em cordas e molas esticadas;Quanto a direção de propagação as ondas são classificadas como:

• Bidimensionais: são aquelas que se propagam por uma superfície, como as água em um lago quando se joga uma pedra;
• Tridimensionais: são capazes de se propagar em todas as dimensões, como a luz e o som.

Quanto à direção da vibração as ondas podem ser classificadas como:

• Transversais: são as que são causadas por vibrações perpendiculares à propagação da onda, como, por exemplo, em uma corda:

• Longitudinais: são ondas causadas por vibrações com mesma direção da propagação, como as ondas sonoras.  

Componentes de uma onda

Uma onda é formada por alguns componentes básicos que são:

Sendo A a amplitude da onda.

É denominado comprimento da onda, e expresso pela letra grega lambida (λ), a distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos.

Chamamos período da onda (T) o tempo decorrido até que duas cristas ou dois vales consecutivos passem por um ponto e frequência da onda (f) o número de cristas ou vales consecutivos que passam por um mesmo ponto, em uma determinada unidade de tempo.

Portanto, o período e a frequência são relacionados por:

A unidade internacionalmente utilizada para a frequência é Hertz (Hz) sendo que 1Hz equivale à passagem de uma crista ou de um vale em 1 segundo.

Para o estudo de ondas bidimensionais e tridimensionais são necessários os conceitos de:

• frente de onda: é a fronteira da região ainda não atingida pela onda com a região já atingida;
• raio de onda: é possível definir como o raio de onda a linha que parte da fonte e é perpendicular às frentes de onda, indicando a direção e o sentido de propagação.

Velocidade de propagação de uma onda.

Como não transportam matéria em seu movimento, é previsível que as ondas se desloquem com velocidade contínua, logo estas devem ter um deslocamento que valide a expressão:

Que é comum aos movimentos uniformes, mas conhecendo a estrutura de uma onda:

Podemos fazer que ΔS=λ e que Δt=T. Assim:

Esta é a equação fundamental da Ondulatória, já que é valida para todos os tipos de onda.

É comum utilizar-se frequências na ordem de kHz (1quilohertz = 1000Hz) e de MHz (1megahertz = 1000000Hz).

Observação:

Quando sabemos a frequência da onda, sua velocidade é calculada pela fórmula V = λ . f

Quando sabemos o período da onda, sua velocidade é calculada pela fórmula V = λ/T

Onde:

V = velocidade de propagação da onda (m/s)

λ = comprimento de onda (m)

f = frequência da onda (hertz(Hz))

T = período da onda (segundos(s))

Ao sintonizarmos uma estação de rádio, temos duas opções, AM ou FM.

AM ( amplitude modulada )

FM ( frequência modulada )

Ondas sonoras.

Ondas sonoras são vibrações que ao penetrarem no nosso ouvido produzem sensações auditivas.

Somos capazes de perceber sons com frequência entre 20 Hz até 20000 Hz.

Sons com frequência abaixo de 20 Hz são chamados de infrassom e acima de 20000 Hz chamados de ultrassom.

Características

• As ondas sonoras são ondas mecânicas, desta forma necessitam de um meio material para se propagarem.
• São longitudinais, ou seja, a direção da propagação é a mesma da direção da vibração.
• São tridimensionais, pois se propagam em todas as direções.

Velocidade do som

O som se propaga nos meios sólidos, líquidos e gasosos. O valor da velocidade do som depende do meio material em que se propaga, sendo maior nos sólidos e menor nos meios gasosos.

A velocidade do som depende também da temperatura do meio. Quanto maior a temperatura, maior será sua velocidade.

No ar, à temperatura de 20 °C, a velocidade do som é de aproximadamente 340 m/s.

Fórmulas

Para calcular a velocidade do som, conhecendo a distância percorrida em um intervalo de tempo, usamos a fórmula do movimento uniforme:

Onde,

vs: velocidade do som
∆s: distância percorrida
t: intervalo de tempo

A velocidade do som pode ainda ser encontrada usando-se a equação fundamental das ondas:

Onde,

vs: velocidade do som
ƛ: comprimento de onda
f: frequência da onda sonora

Intensidade, Altura e Timbre

Intensidade Sonora

Relacionada com a amplitude da onda sonora, a intensidade representa o volume do som. Assim sendo, quanto maior for a energia de vibração da fonte que emite a onda, mais intenso será o som.

O nível sonoro é uma grandeza física relacionada com a sensação auditiva que a onda sonora provoca.

A unidade de medida do nível sonoro é o bel (em homenagem a Graham Bell, inventor do telefone). Sendo mais comum o uso do submúltiplo, decibel.

Pessoas expostas a elevado nível sonoro podem apresentar diversos sintomas, tais como: intolerância a sons intensos, tontura, otalgia, zumbido e perda auditiva.

Altura

A altura do som está relacionada com a sua frequência. O som pode ser grave (baixa frequência) ou agudo (alta frequência).

A voz dos homens apresenta uma frequência menor que a voz das mulheres. Por isso, a voz masculina é classificada como grave e a feminina aguda.

As notas musicais são caracterizadas pela frequência.

Timbre

É a característica do som que nos permite distinguir dois sons de mesma altura e intensidade, mas que foram produzidos por fontes diferentes.

O som produzido por um instrumento musical é uma composição de várias ondas sonoras, o que dará o timbre característico do instrumento.

Reflexão das ondas sonoras

O som se propaga em todas as direções. Desta forma, o som que ouvimos é o resultado do som que foi emitido pela fonte sonora e também o que foi refletido pelas diferentes superfícies que nos cercam.

A diferença do tempo de chegada do som emitido e do refletido aos nossos ouvidos normalmente é muito pequena. Neste caso, ouvimos apenas um reforço do som.

Nosso ouvido é capaz de distinguir dois sons como distintos quando o tempo entre eles é maior que 0,1 s. Assim, quando estamos a uma certa distância de um obstáculo, pode ocorrer o que chamamos de eco.

Efeito Doppler

É um efeito percebido por um observador quando existe um movimento relativo entre ele e a fonte emissora do som.

Quando o observador se aproxima da fonte, o som recebido é mais agudo (maior frequência). Ao se afastar, o som parece mais grave (menor frequência).

Um exemplo deste efeito é o som que ouvimos dos carros durante em uma corrida de fórmula 1.

Ouvimos um som diferente quando uma sirene está se aproximando

O Sonar (sigla para Sound Navigation and Ranging) é uma técnica que usa a propagação sonora (geralmente sob a água, como na navegação submarina) com o intuito de navegação, comunicação ou detecção de objetos na ou sob a superfície da água, como outras embarcações ou grandes animais. Dois tipos de tecnologias dividem o nome "sonar": o sonar passivo trata de "ouvir" os sons feitos por embarcações, já o sonar ativo emite pulsos de sons, sendo capaz de receber o eco desses sons.

O sonar pode ser utilizado para a localização de cardumes. Ilustração: Designua / Shutterstock.com

O sonar pode ser usado como um meio de localização acústica, e também como uma forma de medição das características dos alvos, analisando-se os seus ecos, assim como os morcegos o fazem. Antes da invenção do radar, o sonar foi usado para a localização acústica no ar. O sonar pode também ser usado nos sistema de navegação de robôs. O termo "sonar" também pode ser utilizado para equipamentos usados para gerar e receber os sons. A frequência usada nos sistemas de sonar variam de muito baixa (infrassônica) até extremamente alta (ultrassônica).

Animais , como morcegos e golfinhos, utilizam sonares para se comunicarem e para se deslocarem.

Exemplos:
1) Calcule a velocidade de propagação de uma onda, cujo comprimento de onda é 20 cm, e a frequência de 5 Hz.
Resolução:
v = ?
λ = 20 cm = 0,2 m
f = 5 Hz

v = λ . f
v = 0,2 . 5
v = 1 m/s
Resp.: A velocidade de propagação da onda é de 1 m/s.

2) Qual é o período de uma onda cuja frequência e 20 Hz?
Resolução:
O período é o inverso da frequência. Assim, temos:
T = 1/fλ
T = 1/20
T = 0,05 s

3) Uma onda que se propaga com velocidade de 4 m/s, cujo período é de 0,2 s, possui qual  comprimento de onda?
Resolução:
v = 4 m/s
T = 0,2 s
λ = ?
v = λ/T
4 = λ/0,2
4 . 0,2 = λ
λ = 0,8 m

Agora faça os exercícios.

Exercícios.

1) Sobre as ondas sonoras, considere as seguintes afirmações:

I) As ondas sonoras são ondas transversais;

II) O eco é um fenômeno relacionado com a reflexão da onda sonora;

III) A altura de um som depende da frequência da onda sonora.

Está(ão) correta(s) somente:

a) I

b) II e III

c) III

d) I e II

e) II

2) Não conseguirmos ouvir som no espaço, está relacionado ao fato de que:

a) O som para se propagar, necessita de um meio material.

b) As ondas mecânicas não necessitam de meio material para se propagarem.

c) O som é uma onda eletromagnética.

d) No espaço a matéria é menos densa que o ar.

e) A frequência do som no espaço é menor do que na atmosfera terrestre.

3) Uma fonte de ondas sonoras está imersa em água, emitindo ondas a uma frequência de 740 Hz. Sabendo que o comprimento de onda das ondas produzidas pela fonte é de 200 cm, determine a velocidade de propagação das ondas sonoras na água.

a) 1400 m/s

b) 340 m/s

c) 1500 m/s

d) 1480 m/s

e) 7400 m/s

4) O som é um fenômeno ondulatório, por isso, está sujeito a diversos fenômenos comuns às ondas. Em um desses fenômenos, o som atravessa a interface entre dois meios materiais e tem sua velocidade de propagação alterada. O nome do fenômeno descrito é:

a) reflexão

b) interferência

c) polarização

d) reverberação

e) refração

5) Uma onda produzida numa corda se propaga com freqüência de 25 Hz. O gráfico a seguir representa a corda num dado instante.

De acordo com o gráfico, a amplitude, o comprimento de onda e a velocidade de propagação são respectivamente iguais a:

a) 6 cm, 10 cm, 2,5 m/s

b) 3 cm, 10 cm, 2,5 m/s

c) 3 cm, 20 cm, 5 m/s

d) 10 cm, 3 cm, 75 m/s

e) 3 cm, 20 cm, 500 m/s