Ciências da Natureza e suas Tecnologias – FÍSICA Ensino Médio, 2ª Série ONDAS SONORAS E...
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Ciências da Natureza e suas Tecnologias – FÍSICA
Ensino Médio, 2ª Série
ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER
ACÚSTICAACÚSTICA
FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER
O QUE É SOM?O QUE É SOM?
São ondas mecânicas que se propagam em meios materiais.
FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER
Imagem: Wilfredor / GNU Free Documentation License.
PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOM
• Os principais efeitos com os quais os engenheiros de som e músicos têm que lidar são:
• Difração• Reflexão • Interferência• Refração• Efeitos de transmissão, absorção e dispersão
das ondas (1).
FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPLLER
Ondas podem ser longitudinais. Portanto, as ondas sonoras são longitudinais.
FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER
Imagem: Popular Science Monthly Volume 13 / Public Domain
LONGITUDINAL: ONDA SE PROPAGA NA MESMA DIREÇÃO DO PULSOLONGITUDINAL: ONDA SE PROPAGA NA MESMA DIREÇÃO DO PULSO
FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER
Imagem: August Adolf Eduard Eberhard Kundt / Public Domain
VELOCIDADE DO SOMVELOCIDADE DO SOM
Vsólido
Vlíquido
Vgasoso
>
>
FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER
FÍSICA,
FREQUÊNCIA AUDÍVELFREQUÊNCIA AUDÍVEL
Infrassom Audível Ultrassom
20 Hz 20.000 Hz
VELOCIDADE DO SOM NO ARVELOCIDADE DO SOM NO AR
340 m/s a 20º
330 m/s a 0ºC
FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER
ALTURA: diferencia sons graves (baixo) de sons agudos (alto).
Está relacionado à frequênciafrequência da onda.
agudo
grave
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FÍSICA,
A
A
Imagem: Pluke / Public Domain
INTENSIDADE (VOLUME): diferencia sons fortes de sons fracos.
Está relacionado à amplitudeamplitude da onda.
ForteFraco
FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER
A A
Imagens: Pluke / Public Domain
TIMBRE: diferencia sons de mesma altura, mesma intensidade tocados em instrumentos diferentes.
Está relacionado à forma da onda.
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Som Musical Simples
Ruido, rock n’ roll, etc
Imagens: SEE-PE
RESSONADORES
• Cada instrumento musical possui uma "assinatura“ - um conjunto de características sonoras a ele associado que permite uma descrição matematicamente precisa dos sons que produz.
• Vimos que o som pode ser representado pela soma de diversas ondas individuais, conhecidas como componentes de Fourier.
• O resultado acústico da combinação de amplitudes, tempo de duração de cada um dos harmônicos presentes no som resultante, tipo do material de que é feito o instrumento e a forma de excitação do ar produz a forma sonora peculiar de cada instrumento, conhecida como timbre (2).
FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER
Texto extraído do site:
NÍVEL SONORO é a relação entre a intensidade do som ouvido e a intensidade
mínima.
LIMIAR DE AUDIÇÃO: I0 = 10-12 W/m2
)(:
)(log.100
10
dBdecibelunidade
I
I
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ECO é a reflexão do som.ECO é a reflexão do som.
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
Sons
Intensidade Sonora (db)
Limiar deaudição
SussuroseRiso suave
Conversas emLar tranquilo
Escritório commáquinas de escrever
Tráfego urbano
Sirene deBarco eOficina decalderaria
Sensaçãodolorosa
Imagem: Marek Mazurkiewicz / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
HARMÔNICOS A soma das diversas frequências individuais de uma
onda sonora pode ser representada, genericamente, como (3):
SOM = C1 + C2 + C3 + C4 + C5 + C6 + ...
• Cada termo Ci corresponde a uma determinada frequência, múltipla da frequência do termo C1. Chamamos de "série harmônica”.
• Decomposição harmônica do Lá fundamental (Lá4), de 440 Hz:
• Primeiro harmônico (fundamental): 440 Hz. • Segundo harmônico (primeiro sobretom): 880 Hz• Terceiro harmônico(segundo sobretom): 1760 Hz
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TUBOS SONOROSTUBOS SONOROS
FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER
Tubo SonoroAberto
As duas extremidade são abertas
Tubo SonoroAberto
Uma extremidade é fechada e a outra aberta
TUBOS ABERTOSTUBOS ABERTOS
v
ffv
1
2
2
11
1 ll
l
vf
vf
2
11
11
2
2
2
22
2 ll
l
vf
vf
2
22
22
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PRIMEIRO HARMÔNICO
SEGUNDO HARMÔNICO
Imagens: SEE-PE
3
2
2
33
3 ll
l
vf
vf
2
33
33
4
2
2
44
4 ll
l
vf
vf
2
44
44
TUBOS ABERTOSTUBOS ABERTOS
FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER
TERCEIRO HARMÔNICO
QUARTO HARMÔNICO
Imagens: SEE-PE
Tubos abertos para harmônico nTubos abertos para harmônico n
n
lnl n
n
2
2
l
vnf
vf n
nn
2
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TUBOS FECHADOSTUBOS FECHADOS
v
ffv
1
4
4
11
1 ll
l
vf
vf
4
11
11
3
4
4
33
3 ll
l
vf
vf
4
33
33
PRIMEIRO HARMÔNICO
TERCEIRO HARMÔNICO
FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER
Imagens: SEE-PE
QUINTO HARMÔNICO
SÉTIMO HARMÔNICO
5
4
4
55
5 ll
l
vf
vf
4
57
55
7
4
4
77
7 ll
l
vf
vf
4
77
77
TUBOS FECHADOSTUBOS FECHADOS
FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER
FÍSICA,
Imagens: SEE-PE
Tubos fechados para harmônico nTubos fechados para harmônico n
Sendo n um número ímpar
n
l
nl n
n
44
l
vnf
vf n
nn
4
FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER
• No efeito Doppler do som, é necessário distinguir as situações em que ele é causado pelo movimento da fonte ou do observador. Isso porque o som propaga-se no ar e ambos podem ter velocidades relativas a este. Já para a luz, que se propaga no vácuo, importa apenas a velocidade relativa entre a fonte e o observador (4).
O EFEITO DOPPLER DO SOMO EFEITO DOPPLER DO SOM
FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER
Fonte Det
ecto
r
v
λ
Imagens: SEE-PE
EFEITO DOPPLEREFEITO DOPPLER
Observador(V)+-
Fonte(VF)
+-
FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER
f’ frequência aparente (percebida pelo ouvinte)f’ frequência aparente (percebida pelo ouvinte)f frequência real da fontef frequência real da fonte
).(´
F
o
vv
vvff
fontedavelocidadev
observadordovelocidadev
somdovelocidadev
F
o
FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER
CONCLUSÃO•Essa assinatura mostra que a Física está direta e intimamente ligada aos detalhes da percepção musical. Física e Música... a Arte, de um modo geral, nunca serão objetivas e precisas a ponto de serem uma unanimidade, mas a simetria e a beleza observadas nas leis que governam a combinação das estruturas matemáticas, usadas na descrição dos sons, guardam estreita relação com a área da Música conhecida como Harmonia.
Nossa proposta foi apresentar alguns dos princípios em que a Acústica se baseia, os mecanismos de produção de som, o conceito das séries e da análise de Fourier e algumas das diferenças entre sons produzidos por diversos instrumentos e voz humana. Com isso, obtivemos os elementos necessários para distinguir sons gerados por diferentes instrumentos musicais mediante a análise da sua série harmônica ou “assinatura sonora”.•Assim, a Física e a Matemática permitem a descrição e a compreensão objetivas das infinitas possibilidades de combinação de sons criadas pelos grandes mestres da Música. Elas podem ser vistas em vez de ouvidas na análise dos sons de suas obras e no perfeito equilíbrio entre as formas de onda instintivamente combinadas para formá-las.
FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER
Texto extraído do site: http://www.cea.inpe.br/~alex/FisicadaMusica/fisica_da_musica.pdf
FIM DA AULA
FÍSICA, 2º ANOTópico – ONDAS SONORAS E EFEITO DOPPLER
Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
3 Wilfredor / GNU Free Documentation
License. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Maraca_tambor_y_furruco.svg
28/03/2012
5 Popular Science Monthly Volume 13 / Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PSM_V13_D058_Sound_waves_2.jpg?uselang=pt-br
28/03/2012
6 August Adolf Eduard Eberhard Kundt / Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kundt_tube.png
28/03/2012
7 Zina Deretsky, National Science Foundation, USA/ Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hearing_mechanics.jpg
28/03/2012
9 e 10 Pluke / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CPT-sound-pitchvolume.svg
28/03/2012
11, 17, 18, 20, 21 e 23
SEE-PE. SEE-PE. 28/03/2012
14 Marek Mazurkiewicz / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chiroptera_echolocation.svg
28/03/2012
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