O Som

Produção do Som

Para que se produza um som é necessário que ocorra uma vibração. Por exemplo:

- Uma guitarra só produz um som se as suas cordas entrarem em movimento, vibrarem;

- Um tambor produz som se as suas peles vibrarem;- Uma flauta produz som quando sopras e "obrigas" o ar no seu interior a

vibrar.

– Instrumentos de percussão – funcionam quando recebem pancadas ou são agitados, por exemplo: a bateria, o

tambor, o bombo.

– Instrumentos de sopro – funcionam por vibração do ar no interior dos tubos, exemplo: a flauta.

– Instrumentos de cordas – funcionam por vibrações de cordas esticadas, por exemplo: a viola.

Ou ainda:- Tu produzes um som se as tuas cordas vocais vibrarem;

- A campainha da escola produz um som quando o martelinho choca com a campânula, fazendo-a vibrar;

- A máquina produz som porque o motor que se encontra no seu interior vibra.

Propagação do Som

Por exemplo, quando a corda de uma guitarra vibra, faz vibrar todas as partículas do ar que se encontram próximas dela.

Clica no link em baixo e observa com atenção a simulação apresentada:

http://telecom.inescn.pt/research/audio/cienciaviva/imagens_ns/fig1.swf

O ar sofre assim uma perturbação provocada pelas cordas da guitarra. As partículas de ar chocam umas com as outras propagando

o som.

Recepção de Sons

O ser Humano, bem como outros animais, possui instrumentos capazes de detectar as pequenas vibrações do ar.

Estes instrumentos são os ouvidos, que captam e amplificam estas vibrações.

Podes ver uma animação do funcionamento do ouvido humano no youtube (o som e o texto estão em inglês mas com os teus conhecimentos de inglês

e do funcionamento do ouvido humano, vais ver que é fácil de perceber):Podes ainda clicar no link abaixo, onde são apresentadas algumas

animações sobre o tema:

http://telecom.inescn.pt/research/audio/cienciaviva/principio_aaudicao.html

Conclusão

É necessário existir sempre um meio de propagação que transmita as vibrações provocadas pela fonte até ao receptor sonoro.

 Fonte – emite uma onda sonora. Meio Material – propaga a vibração da onda.Receptor – recebe a onda sonora. O SOM é um conjunto de

vibrações que se propagam num determinado meio.

Conceito de Onda

O som, tal como a luz ou uma emissão via rádio, propaga-se através de ondas.No caso das ondas sonoras, estas resultam de uma perturbação no meio

material em que o som se está a propagar.O estudo das ondas sonoras não é fácil, uma vez que não conseguimos ver a

olho nú o movimento vibratório das partículas do meio material no qual o som se propaga.

Para facilitar a compreensão do conceito de onda, podemos observar o que acontece à superfície da água de um lago quando lhe atiramos uma pedra:

 

Neste caso, a onda propaga-se a partir do ponto onde foi lançada a pedra até à margem do lago.

Se observares atentamente o movimento da folha que se encontra à superfície da água, vais reparar que esta sobe e desce com a ondulação da água:

- Quando a folha se encontra no ponto de altura máxima diz-se que está numa Crista.

- Quando atinge o ponto de altura mínima diz-se que está num Ventre.- Quando a folha passa pela posição onde estaria caso não houvesse ondulação,

diz-se que está na Posição de Equilíbrio.

 

 

É importante saber que:- Não há transporte de matéria ao longo da direcção de propagação (a folha não

se move na horizontal, apenas na vertical);- Há transporte de energia associada à vibração das partículas ao longo da

direcção de vibração.

Ondas TransversaisAs ondas que ocorrem à superfície de um lago são ondas Transversais. A onda

propaga-se na horizontal (desde o local onde caiu a pedra até à margem), enquanto que as partículas de água vibram na vertical (sobem e descem tal como

a folha).Assim, diz-se que a direcção de propagação (que é a horizontal) é perpendicular à

direcção de vibração (que é a vertical). Por esse motivo este tipo de ondas são chamadas de transversais.

Ocorre o mesmo quando se faz vibrar uma mola tal como representado na figura seguinte.

 

 

Ondas Longitudinais 

As ondas sonoras são ondas Longitudinais.Relembra o simulador do movimento das partículas do ar apresentado

anteriormente:

http://telecom.inescn.pt/research/audio/cienciaviva/imagens_ns/fig1.swfNo exemplo do simulador, a onda propaga-se na horizontal (desde o local onde vibra a corda da guitarra até ao lado direito do ecrã - as primeiras partículas a vibrar são as que se encontram junto da corda), e as partículas de ar vibram também na horizontal (efectuam o movimento esquerda, direita, esquerda,

direita, ...).Assim, diz-se que a direcção de propagação (que é a horizontal) é igual à direcção de vibração (que também é a horizontal). Por esse motivo este tipo de ondas são

chamadas de longitudinais.Ocorre o mesmo quando se faz vibrar uma mola tal como representado na figura

seguinte. 

Representação Gráfica de uma Onda SonoraAs ondas sonoras são ondas de pressão, que resultam de zonas de compressão

intercaladas com zonas de expansão.

As zonas de compressão estão

representadas a azul escuro na imagem e representam locais onde as partículas se encontram muito

próximas umas das outras.As zonas de expansão estão

representadas a branco na imagem e representam locais "vazios", sem

partículas.Na representação gráfica de uma

onda sonora, consideram-se:- as zonas de compressão como

cristas;- as zonas de expansão como

ventres. 

Características das Ondas Sonoras

• Amplitude (A) – metro (m)• Comprimento de Onda (λ) – metro

(m)• Período (T) – segundo (s)• Frequência (f) – segundo-1 ou Hz

No estudo de uma onda há ainda quatro propriedades que devemos conhecer. São elas:

Vamos utilizar novamente o simulador de ondas numa corda para compreender melhor estas quatro propriedades:

http://phet.colorado.edu/en/simulation/wave-on-a-string

 

Nota: Depois de descarregares o ficheiro, clica sobre o ícone do ficheiro com o botão direito e selecciona a opção Abrir com... >> Java (TM) Platform.

Exercício Considera a representação gráfica seguinte, que corresponde ao

movimento de vibração de partículas durante a propagação de um som: 

 

a) Quantas vibrações completas estão representadas na figura?b) Indica uma partícula que se encontre numa Crista.c) Indica uma partícula que se encontre num ventre.d) Indica duas partículas que se encontrem na mesma fase de vibração.e) Qual o Comprimento de Onda?f) Qual a Amplitude de Vibração?g) Qual o Período de Vibração, sabendo que a partícula A demora 0,9 segundos a passar à fase G?h) Qual a Frequência de Vibração?

 

Características do Som 

Um som apresenta sempre 3 características que o distinguem de outros sons. São elas:

- Timbre;

- Altura;

- Intensidade.

O Timbre 

Quando assistimos a um concerto com vários instrumentos a serem tocados ao mesmo tempo, conseguimos distinguir os sons provenientes de cada um deles,

mesmo que estejam a tocar a mesma nota.Imagina que os três instrumentos da figura seguinte estão a tocar exactamente a

mesma nota: 

 

Distingue-se facilmente o som proveniente do diapasão, do som produzido pela guitarra ou pelo piano, mesmo que estejam a tocar a mesma nota.Diz-se que estes instrumentos apresentam um Timbre diferente.

Se visualizarmos a onda sonora produzida por cada um deles quando produzem exactamente a mesma nota, é possível observar diferenças entre elas:

 

 No caso do diapasão, este produz um Som Puro, apenas com uma frequência.

No caso da guitarra e do piano, estes instrumentos produzem um Som Complexo, diferente para cada um deles. A onda sonora resulta da mistura de diferentes

frequências. 

A Altura (Sons Agudos ou Graves) 

A Altura de um Som é a propriedade que permite distinguir os sons agudos (altos) dos sons graves (baixos).

De um modo geral, as raparigas têm vozes mais agudas (ou altas), enquanto que os rapazes têm vozes mais graves (ou baixas).

A Altura de um Som está directamente relacionada com a frequência do som:- Sons de maior frequência correspondem a sons agudos (ou altos);

- Sons de menor frequência correspondem a sons graves (ou baixos).

 

 

A frequência da voz num ser humano varia entre os 85 Hz e os 1100 Hz:- valores próximos de 85 Hz correspondem a sons graves (ou baixos). Por

exemplo, num som com 85 Hz de frequência, as partículas que propagam o som efectuam 85 vibrações completas a cada segundo;

- valores próximos de 1100 Hz correspondem a sons agudos (ou altos). Por exemplo, num som com 1100 Hz de frequência, as partículas que propagam o som

efectuam 1100 vibrações completas a cada segundo.

 

A Intensidade Sonora (Sons Fortes ou Fracos)

O som produzido pelo motor de um avião é completamente diferente do som produzido pelo bater de asas de uma mosca.

Para além disso, o som produzido pelo motor do avião ouve-se muito bem, mesmo que estejamos bastante afastados dele. Pelo contrário, o som produzido

pelas asas da mosca só se ouve se estivermos muito próximos dela.Por esse motivo, dizemos que os sons produzidos têm intensidades sonoras

diferentes:- o som produzido pelo avião é um som forte;

- o som produzido pela mosca é um som fraco.

 

 

A Intensidade Sonora está relacionada com a Amplitude da onda sonora e com a quantidade de energia que a fonte sonora transmite ao meio de

propagação do som:- Quanto maior a Intensidade Sonora, maior a Amplitude da onda sonora

e maior a energia transmitida ao meio de propagação do som;- Quanto menor a Intensidade Sonora, menor a Amplitude da onda

sonora e menor a energia transmitida ao meio de propagação do som.

 

 

À medida que o som se propaga, a energia associada à vibração das partículas do meio vai diminuindo, logo a amplitude de vibração vai diminuindo também.

Por esse motivo, quanto mais afastados estamos da fonte sonora, mais dificuldade temos em ouvir o som produzido.

http://phet.colorado.edu/sims/sound/sound_pt.jar

Depois de descarregares o ficheiro:- Clica sobre o ícone do ficheiro com o botão direito e selecciona a opção Abrir

com... >> Java (TM) Platform.- Liga as colunas do teu computador e activa no simulador a opção "Ligar

Áudio".- Altera os valores de frequência, ouve com atenção o som produzido e

observa no simulador as alterações ocorridas.- Altera os valores de amplitude, ouve com atenção o som produzido e observa

no simulador as alterações ocorridas.- Activa a opção "Ouvinte" e com o rato altera a posição da personagem para

um local mais próximo da coluna e, depois, para um local mais afastado.

Podes utilizar o endereço fornecido em seguida para descarregares para o teu computador um simulador para experimentares o que aprendeste:

O Espectro Sonoro 

O Espectro Sonoro é o conjunto de frequências de vibração que podem ser produzidas pelas diversas fontes sonoras:

 

Sons Audíveis

Designam-se por sons audíveis aqueles que o Ser Humano é capaz de ouvir.

Com base na análise da figura anterior, pode-se concluir que o Ser Humano

apenas consegue captar vibrações com frequências compreendidas entre os 20 Hz

e os 20.000 Hz.

- Os sons de 20 Hz são os mais graves que os nossos ouvidos captam.

- Os sons de 20.000 Hz são os mais agudos que os nossos ouvidos captam.

Infra-Sons

Designam-se por Infra-sons todos os sons com frequência inferior a 20 Hz. Estes sons não são captados pelo ouvido humano, embora possam ser

captados por outros animais.Estes Infra-sons são de grande utilidade na previsão de um sismo ou erupção vulcânica. Os movimentos da crosta terrestre produzem sons de frequência demasiado baixa para que o Ser Humano os consiga ouvir. Esses sons são

registados pelos sismógrafos e podem alertar para a ocorrência de um sismo ou erupção vulcânica.

 

Ultra-Sons

Designam-se por Ultra-sons todos os sons com frequência superior a 20.000 Hz. Estes sons não são captados pelo ouvido humano, embora possam ser captados

por outros animais.Os Ultra-Sons são de grande utilidade por exemplo na medicina, onde são

utilizados para a realização de ecografias.Também são utilizados com sucesso na pesca para identificar cardumes de

peixes.

 

Sons captados pelos diferentes animais

 

 

 

Há animais que conseguem captar sons em intervalos de frequências diferentes dos do Ser Humano. Por

exemplo o Golfinho capta sons entre os 150 Hz e os 150.000 Hz.

Para além do Ser Humano, também uma grande variedade de outros animais consegue captar sons. Alguns destes animais têm uma sensibilidade auditiva bastante melhor do que o Ser Humano.

Na imagem seguinte, é apresentada uma comparação entre os sons

captados e emitidos por diferentes animais:

Nível Sonoro 

Apesar de o ouvido humano captar sons com frequências compreendidas entre os 20 Hz e os 20.000 Hz, só os capta se a intensidade sonora destes sons for

suficientemente forte.Por exemplo:

 

 

Para descobrir se o som produzido por uma fonte sonora é forte ou fraco, determina-se o Nível Sonoro produzido.

O nível sonoro relaciona a intensidade sonora de um som com a intensidade sonora do som mais fraco que conseguimos ouvir. Para determinar o nível Sonoro

utiliza-se um Sonómetro:

 

As unidades utilizadas para quantificar o Nível Sonoro são o Bel (B), embora seja mais comum utilizar-se o deciBel (dB), que corresponde a um décimo do

Bel.Se medirmos o Nível Sonoro produzido por uma folha a caír, num concerto ou durante o lançamento de um foguetão, os valores são aproximadamente os

seguintes:

 

No gráfico seguinte compara-se o Nível Sonoro em diferentes situações:

Cuidados a ter para preservar a audição 

A exposição prolongada a ambientes ruidosos pode levar à perda de audição e provocar doenças do sistema nervoso central.

Assim, há alguns cuidados que todos devemos ter para preservar a nossa audição. São apresentados em seguida alguns exemplos:

Audibilidade Humana

Apesar de o ouvido humano captar sons de diversas frequências, a cada frequência corresponde um nível sonoro mínimo necessário para que o som seja

ouvido:

Da leitura do gráfico anterior, conclui-se que, por exemplo:- para uma frequência de 1000 Hz, o ouvido humano capta o som se o Nível Sonoro

for no mínimo de 20 dB;- para uma frequência de 20 Hz, o ouvido humano só capta o som se o Nível Sonoro

for no mínimo de 120 dB;- A zona representada a amarelo representa os sons captados pelo ouvido humano;

- A zona representada a verde representa os sons que o ouvido humano não consegue captar, uma vez que o Nível Sonoro é muito reduzido;

- A zona Representada a vermelho representa os sons que causam dor e possivelmente lesões ao ouvido humano, já que têm um Nível Sonoro demasiado

elevado. 

Propagação do som em diferentes meios materiais

O som propaga-se em diferentes meios materiais. Propaga-se em meios gasosos, como o ar atmosférico, mas também em meios sólidos e em meios líquidos:

- Se encostares o ouvido ao solo próximo de uma estação de comboios, sentes a vibração sempre que um comboio se aproxima, o que significa que o som se

propaga nos meios sólidos;- As baleias conseguem comunicar emitindo sons que são audíveis a longas

distâncias. O meio de propagação é a água que se encontra no estado líquido;- O ser Humano comunica emitindo sons que se propagam através do ar

atmosférico.

Será que o som se propaga na ausência de meio material?

Para o som se propagar necessita sempre de um meio material que pode ser sólido, líquido ou gasoso, que propague as vibrações provocadas pela

fonte sonora até ao receptor sonoro.Se não existir um meio que propague estas vibrações, então não há

propagação de som.

A Propagação do Som em diferentes meios materiais

É habitual em alguns livros e filmes do Velho Oeste, ser descrita a cena em que um índio coloca o ouvido nos carris do comboio para tentar perceber se este

está próximo.

A grande questão que se coloca é: "Porque motivo o índio faz isso?"

E a resposta é simples:

O comboio produz vibrações quer nas partículas do ar, quer nas partículas que

constituem os carris.

- Como os carris se encontram no estado sólido, as suas partículas encontram-

se mais próximas umas das outras, e por esse motivo a vibração propaga-se

mais facilmente através destas.

- Como o ar se encontra no estado gasoso, as suas partículas encontram-se

mais afastadas umas das outras, e por esse motivo a vibração propaga-se com

mais dificuldade através destas.

Conclui-se assim que o som se propaga mais facilmente e mais rapidamente

através dos carris do que através do ar.

Conclui-se ainda que quando o som se propaga através do ar, por se propagar

mais lentamente, e devido às perdas de energia que ocorrem, não se consegue

ouvir a grandes distâncias, ao contrário do som que se propaga pelos carris.

Na tabela seguinte estão indicadas as diferentes velocidades de propagação do som consoante o meio material em que este se propaga:

 

Como se pode ver pela tabela o som propaga-se a diferentes velocidades,

consoante o meio material.

De um modo geral, o som propaga-se melhor nos sólidos do que nos líquidos, e

propaga-se melhor nos líquidos do que nos gases.

Verifica-se também que a temperatura a que o meio se encontra afecta a

velocidade do som.

Por exemplo:

- a velocidade do som no Aço é de 6000 metros por segundo. Isto significa que a

cada segundo que passa, o som propaga-se a uma distância de 6000 metros.

- a velocidade do som no Dióxido de Carbono é de 250 metros por segundo. Isto

significa que a cada segundo que passa, o som propaga-se a uma distância de

250 metros.

Uma vez que a velocidade do som no ar depende da temperatura a que este se

encontra, é habitual utilizar-se nos cálculos o valor de 340 m/s. Isto significa que,

em média, uma onda sonora propaga-se a 340 metros a cada segundo que

passa.

Determinar a Velocidade do som 

A velocidade do som em determinado meio material pode ser determinada se conhecermos a distância a que o som se propagou e o tempo que demorou a

propagar-se a essa distância:

 

 

A distância deve estar em metros e o tempo em segundos. Nesse caso a velocidade do som estará em metros por segundo (m/s), que é a unidade de

Sistema Internacional para a velocidade.

 

Exercício 1 - Um canhão disparou um projéctil do topo de uma

montanha. A 3060 metros de distância, do topo da

muralha de um castelo, um observador ouviu o disparo 9

segundos após ter visto o clarão da explosão.

 

 

Sabendo que o som se propagou no ar, calcula a velocidade do som neste meio material.

 

Exercício 2 - Um observador ouve o trovão 10 segundos após ter visto um

relâmpago. A que distância se encontra o observador do foco da

trovoada?

Exercício 3 - Calcula o tempo necessário para que um som se propague

ao longo de uma barra de latão de 25 metros de comprimento.

 

Se consultares a tabela com a velocidade do som em diferentes meios materiais, descobres que o som se propaga a uma velocidade de 3500 metros

por segundo no latão. Então:

 

 

O som demora 0.0071 segundos a percorrer a barra de latão.

Propriedades do som

• Reflexão

• Refracção

• Difracção

• Ressonância

A Reflexão do Som 

Ao gritar no interior de uma caverna, é habitual conseguires ouvir o eco da tua voz.

 

 

Quando uma onda sonora "choca" com uma superfície dura e lisa, é reflectida, mudando assim de sentido de propagação.

Assim, a onda sonora produzida pelas tuas cordas vocais é reflectida nas paredes da caverna e, num curto intervalo de tempo, regressa novamente até ti,

dando a impressão de que alguém repetiu as tuas palavras.

Quando uma onda sonora "choca" com uma superfície dura e lisa, é

reflectida, mudando assim de sentido de propagação.

Assim, a onda sonora produzida pelas tuas cordas vocais é reflectida

nas paredes da caverna e, num curto intervalo de tempo, regressa

novamente até ti, dando a impressão de que alguém repetiu as tuas

palavras.

Para que ouças eco, o teu ouvido tem que distinguir o som produzido pelas tuas cordas vocais daquele que chega aos teus ouvidos após a reflexão. Para que o ouvido seja capaz de distinguir os dois sons, o som reflectido deve chegar aos teus ouvidos 0,1 segundos (ou mais) após ter sido emitido ou seja, o som deve demorar pelo menos 0,1 segundos desde que é emitido pelas cordas vocais até chegar novamente até aos teus ouvidos.Assim, se te encontrares a pelo menos 17 metros de um obstáculo, és capaz de ouvir o eco da tua própria voz.

Aplicações da Reflexão do Som 

O efeito da Reflexão do som pode ser aplicado nas seguintes áreas:

 

• Sonares e radares

Exercícios

Exercício 1 - Um navio equipado com um sonar pretende medir a profundidade de um oceano. Para isso, o sonar emitiu um Ultra-Som que foi reflectido no fundo do oceano e regressou ao navio 1,2 segundos após ter sido emitido.

Sabendo que a velocidade do som na água do mar é de 1520 m/s, determina a profundidade do oceano.

 

Em 1,2 segundos o som propaga-se a uma distância de 1824 metros. Mas neste intervalo de tempo o som efectuou duas vezes o trajecto que corresponde à distância até ao fundo do oceano, uma vez que o

som proveniente do sonar desceu até ao fundo do oceano e depois de ser reflectido voltou a subir até ao barco. Assim, para sabermos a distância desde o barco até ao fundo do oceano devemos dividir a

distância total por 2:

 

O oceano tem uma profundidade de 912 metros.

Exercício 2 - Qual a distância mínima a que deves estar de um obstáculo para que ouças o eco da tua própria voz?

Já sabes que no ar o som se propaga a uma velocidade de 340 m/s. Para que ouças o eco da tua própria voz, o som emitido pelas tuas cordas vocais deve demorar no mínimo

0,1 segundos até chegar novamente aos teus ouvidos, pois só assim os teus ouvidos distinguem os dois sons. Então:

 

 

Em 0,1 segundos o som propaga-se até ao obstáculo e volta para trás. Ao todo "percorre" 34 metros.

Para saber a distância a que devemos estar do obstáculo devemos dividir este resultado por dois:

 

 

A distância mínima a que te deves encontrar do obstáculo é de 17 metros.

• Há um outro fenómeno importante relacionado com a reflexão do som: amplia-o e torna-o mais forte.

A ressonância.

• Daí que as violas tenham caixa de ressonância para ampliar o som destas.

Há refracção do som quando o som muda de direcção quando passa através de meios diferentes.

Refracção do som

 

É possível ouvir o som produzido por uma explosão que se situa atrás de um muro delimitador, mesmo que este tenha grande espessura de tal forma que as ondas sonoras não consigam atravessá-lo. Da mesma forma, se algum membro da sua família que está trancado sozinho num dos quartos colocar uma música num volume bem alto num aparelho de som potente, todos os outros irão ouvi-la.

Difracção do som é a propriedade que as ondas sonoras apresentam em contornar os obstáculos que encontram durante a

sua propagação.

Difracção do som 

Osciloscópio

• Este instrumento serve para medir e caracterizar as ondas sonoras em laboratório.