Capítulo 17: Ondas e Fenômenos Sonoros

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 A velocidade do som em um meio depende de seu módulo de elasticidade e também de sua densidade Som e ouvido humano 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 sx t sm coskx ωt Δpx t Δpm coskx ωt s m Δp Pα A amplitude máxima de pressão Δpm que o ouvido humano pode suportar associada a sons muito altos é da ordem de 28 Pa muito menor portanto que a pressão normal do ar aproximadamente 10⁵ Pa Qual é a amplitude do deslocamento sm correspondente supondo que a massa específica do ar é ρ 121 kgm³ a frequência do som é 1000 Hz e a velocidade do som é 343 ms 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 Interferência de ondas sonoras Para entendermos vamos utilizar o esquema abaixo para representar as cristas de uma onda sonora Na imagem ao lado há duas fontes e um observador situado a uma distância d₁ da fonte de cima e a uma distância d₂ da fonte de baixo A diferença de fase ϕ é proporcional a diferença de caminho acústico ou seja ϕ ΔLλ 2π Onde ΔL d₂ d₁ 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 ΔL nλ n 0 1 2 Destrutiva ΔL n 12 λ n 0 1 2 Outras interferências são também possíveis com ΔL nλ e ΔL n 12 λ 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 frentes 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 Exercício Intensidade de uma onda vomulétrica Intensidade como função das propriedades da onda e do meio Variação da Intensidade Sonora com a distância Escala decibel 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 Efeito Doppler Exercício 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 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