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,

v_s: 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,

v_s: 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.

Exercícios resolvidos

1. Enem (2016)

As notas musicais podem ser agrupadas de modo a formar um conjunto. Esse conjunto pode formar uma escala musical. Dentre as diversas escalas existentes, a mais difundida é a escala diatônica, que utiliza as notas denominadas dó, ré, mi, fá, sol, lá e si. Essas notas estão organizadas em ordem crescente de alturas, sendo a nota dó a mais baixa e a nota si a mais alta. Considerando uma mesma oitava, a nota si é a que tem menor

a) amplitude
b) frequência
c) velocidade
d) intensidade
e) comprimento de onda

Alternativa e) comprimento de onda

2. Enem (2013)

Em um piano, o Dó central e a próxima nota Dó (Dó maior) apresentam sons parecidos, mas não idênticos. É possível utilizar programas computacionais para expressar o formato dessas ondas sonoras em cada uma das situações como apresentado nas figuras, em que estão indicados intervalos de tempo idênticos (T).

A razão entre as frequências do Dó central e do Dó maior é de:
a) 1/2
b) 2
c) 1
d) 1/4

Alternativa a) 1/2