Física - Ondulatória e Fenômenos Sonoros: Resumo Completo com Exercícios

Física 2 Capítulo 17 Ondulatória 02 Ondas e Fenômenos Sonoros Som Som é uma onda mecânica de variação de pressão em um determinado meio No ar a variação de pressão de dá pela movimentação de massas de ar causadas pela vibração de uma superfície alto falante cordas vocais etc Som É uma onda longitudinal que se propaga em todas as direções Som A velocidade do som em um meio depende de seu módulo de elasticidade e também de sua densidade módulo de elasticidade do meio densidade volumétrica do meio Som e ouvido humano Altura é a propriedade que permite que sejam diferenciados som agudos ou graves está ligada com a frequência do som Faixa de percepção do ouvido humano 20 Hz até 20000 Hz aproximadamente Abaixo de 20 Hz Infrasom Acima de 20000 Hz Ultrasom O ouvido humano distingue as notas musicais por meio da frequência Ondas sonoras progressiva A função horária de uma onda sonora é expressa em termos do Deslocamentos das moléculas de ar em relação à sua posição central Variação de pressão em um determinado ponto no meio Ondas sonoras progressivas é a amplitude de deslocamento de uma molécula é a amplitude de variação de pressão causada pela passagem do pulso sonoro em um determinado ponto Exercício A amplitude máxima de pressão que o ouvido humano pode suportar associada a sons muito altos é da ordem de muito menor portanto que a pressão normal do ar aproximadamente Qual é a amplitude do deslocamento correspondente supondo que a massa específica do ar é a frequência do som é e a velocidade do som é APLICAÇÃO BIOLÓGICA Nos oceanos as baleias se comunicam por transmissão sonora através da água Uma baleia emite um som de 500 Hz para dizer a um filhote teimoso para voltar ao grupo A rapidez do som na água é de cerca de 1500 ms a Quanto tempo leva para o som chegar ao filhote se ele está afastado de 120 km b Qual é o comprimento de onda deste som na água c Se as baleias estão próximas da superfície parte da energia sonora pode refratar para o ar Quais seriam a frequência e o comprimento de onda do som no ar Interferência de ondas sonoras Assim como em ondas progressivas sobre uma corda a interferência é produzida pela superposição de duas ondas com mesma frequência e mesmo comprimento de onda assim como mesma velocidade e mais perceptível quando ambas as ondas tem a mesma intensidade No caso das ondas sonoras Ainda No caso de ondas sonoras a diferença de fase é sentida pelo observador no ponto onde as duas ondas se interferem Interferência de ondas sonoras Para entendermos vamos utilizar o esquema abaixo para representar as cristas de uma onda sonora Interferência de ondas sonoras Na imagem ao lado há duas fontes e um observador situado a uma distância da fonte de cima e a uma distância da fonte de baixo A diferença de fase é proporcional a diferença de caminho acústico ou seja Onde Interferência de ondas sonoras Linhas de interferência destrutiva Linhas de interferência construtiva Interferência de ondas sonoras Interpretação 0 0 1 Construtiva 0 0 Destrutiva 1 Construtiva 0 0 Destrutiva Construtiva 0 Destrutiva Interferência de ondas sonoras Construtiva Destrutiva Outras interferências são também possíveis com e 16 Duas ondas sonoras produzidas por duas fontes diferentes de mesma frequência 540 Hz se propagam na mesma direção e no mesmo sentido a 330 ms As fontes estão em fase Qual é a diferença de fase das ondas em um ponto que está a 440 m de uma fonte e a 400 m da outra 26 A FIGURA EX2126 representa as fontes de onda circulares emitidas por duas fontes de onda a As fontes emitem em fase ou fora de fase Explique b Construa uma tabela com linhas P Q e R e colunas r1 r2 Δr e CD Preencha a tabela para os pontos P Q e R registrando as distâncias como múltiplos de λ e indicando com um C ou um D se a interferência nesse ponto é construtiva ou destrutiva Exercício externo 55 O navio na Figura P455 se move ao longo de uma linha reta paralela ao litoral e a uma distância d 600 m dele O rádio do navio recebe simultaneamente sinais da mesma frequência das antenas A e B separadas por uma distância L 800 m Os sinais interferem construtivamente no ponto C que é equidistante de A e B O sinal passa pelo primeiro mínimo no ponto D que é diretamente para fora da costa a partir do ponto B Determine o comprimento de onda das ondas do rádio Exercício 69 Dois altofalantes em um mesmo um plano separados por 50 m de distância emitem a mesma frequência Quando você fica parado 120 m à frente do plano dos altofalantes diretamente à frente do ponto médio entre eles escuta um som de intensidade máxima À medida que caminha paralelamente ao plano dos altofalantes mantendose sempre 120 m à frente do plano você primeiro percebe um mínimo de intensidade sonora quando está diretamente à frente de um dos altofalantes a Qual é a frequência do som emitido Suponha uma velocidade de 340 ms para o som b Se você ficar 120 m diretamente à frente de um dos altofalantes para que outros valores de frequências entre 100 Hz e 1000 Hz ocorrerá um mínimo de intensidade sonora no ponto onde você se encontra Intensidade de uma onda vomulétrica A intensidade de uma onda volumétrica é definida como sendo a taxa de energia que atravessa uma determinada área Em outras palavras Intensidade como função das propriedades da onda e do meio A intensidade de uma onda sonora em um determinado ponto também pode ser expressa por meio das propriedades da onda neste ponto assim como pelas propriedades do meio Como ondas sonoras de maior frequência são geralmente mais intensas que ondas sonoras de menor frequência com mesma amplitude de deslocamento Variação da Intensidade Sonora com a distância Seja uma fonte que possui potência e um determinado observador situado a uma distância desta fonte A intensidade decai com a distância a medida que a potência se dissipa em a região esférica coberta pela onda sonora progressiva Como a área superficial de uma esfera é dada por temos que a intensidade varia com a distância da fonte segundo a equação Escala decibel O ouvido humano detecta intensidades a partir de Entretanto o ouvido humano é capaz de detectar sons dentro de uma grande faixa de intensidades O limiar da dor é por exemplo para sons com intensidade de Para facilitar a faixa é reduzida por meio de um logaritmo que reduz a escala A relação é dada por 30 A fonte de uma onda sonora tem uma potência de 100 μW Se a fonte é pontual a qual é a intensidade a 300 m de distância e b qual é o nível sonoro em decibéis a essa distância 28 A diferença entre os níveis sonoros de dois sons é 100 dB Qual é a razão entre a intensidade maior e a intensidade menor Efeito doppler O efeito doppler é causado pela mudança do comprimento de onda de um som produzido por uma fonte em movimento pela recepção assíncrona de um comprimento de onda por conta do movimento de um observador ou por ambos A consequência do efeito doppler é uma diferença entre a frequência emitida pela fonte e a frequência recebida pelo observador Efeito doppler Fonte em Movimento Efeito Doppler Observador em Movimento Efeito doppler Cálculo da variação de frequência por conta do efeito doppler frequência percebida pelo observador frequência do som na fonte velocidade do observador velocidade da fonte velocidade do som Efeito Doppler Utilização da fórmula Orientar o eixo das posições com direção e sentido do observador para fonte Aquele se move a favor do eixo o que se move contrário ao eixo 56 Uma ambulância cuja sirene emite um som com uma frequência de 1600 Hz passa por um ciclista que está a 244 ms Depois de ser ultrapassado o ciclista escuta uma frequência de 1590 Hz Qual é a velocidade da ambulância 110 Um músico que está viajando de trem toca um trompete com uma frequência de 440 Hz O trem está se aproximando de um muro a uma velocidade de 200 ms Determine a frequência do som a ao chegar à parede e b ao chegar de volta ao músico depois de ser refletido pelo muro