Este documento resume três tópicos principais sobre ondas sonoras: 1) classifica as ondas sonoras de acordo com sua frequência em infrassom, som audível e ultrassom e descreve suas aplicações médicas; 2) explica que a velocidade do som depende das propriedades do meio de propagação; 3) introduz os conceitos de interferência sonora, intensidade de onda e escala de decibéis.
5. Frequências
• Infrassom: sons com frequências abaixo de 20Hz. Não
perceptível ao ser humano;
• Ultrassom: sons com frequências acima de 20000Hz. Não
perceptível ao ser humano;
• Som audível: sons com frequências perceptíveis ao ser
humano (20Hz a 20000Hz)
Infrassom
Som audível
Ultrassom
f (Hz)
0
20
20.000
12. Velocidade do Som
• Velocidade do Som em um fluido:
B - Módulo de compressão
- Densidade do fluido
• Velocidade do Som em um sólido:
Y - Módulo de Young
ρ - Densidade do meio
• Velocidade do Som em um gás ideal:
– Razão das capacidades caloríficas
R – Constante do gás
T – Temperatura
M – Massa molar
13. • Exemplo 1
• Comprimento de onda das
ondas de um sonar
• Determine a velocidade das
ondas sonoras na água e
encontre o comprimento de
onda para uma onda de
frequência igual a 262 Hz.
Assuma B da água igual a 1/45,8
x 1011 Pa (módulo de compressão
da água) e a densidade da água
do mar = 1000 Kg/m3
navio
25. • Exemplo 3 - Dois alto-falantes pequenos, A e B
são alimentados por um mesmo amplificador
e emitem ondas senoidais em fase. Se a
velocidade do som for 350 m/s em que
frequências a interferência é a) construtiva e
b) destrutiva ocorre no ponto P?
4,12 m
4,47 m
26.
27.
28. Intensidade de Onda
Taxa média de tempo em que a energia é
transportada pela onda, por unidade de área, sobre
uma superfície perpendicular à direção de
propagação.
• Unidade: W/m2
• Para um ponto de emissão no interior de esfera
de raio r
r
30. Intensidade e Nível Sonoro
(Potência média, W)
Considere fonte sonora pontual e isotrópica
31. • Exemplo 4. Uma sirene de alarme de tornado
instalada sobre um poste alto irradia ondas
sonoras uniformemente em todas as direções.
A uma distância de 15,0 m a intensidade do
som é de 0,250 W/m2. A que distância da
sirene a intensidade é de 0,010 W/m2?
• Resposta: 75 m
32. • Exemplo 5 – Uma centelha elétrica tem a forma
de um segmento de reta de comprimento L = 10
m e emite pulso sonoro que se propaga
radialmente. A potência de emissão é P = 1,6 x
104 W
a) Qual a intensidade I do som a uma distância r =
12 m da centelha?
b) Com que taxa P a energia sonoro é interceptada
por um detector acústico de área A = 2, 0 cm2
apontado para a centelha e situado a uma distância
r= 12 m da centelha.
34. A Escala de Decibéis
• Amplitude audível: amplitude de
deslocamento no interior do ouvido humano
– 10-11 m (mais fraco detectável) até 10-5 m (mais
alto tolerável) -> razão de 106
– Conforme visto a Intensidade varia com o
quadrado da amplitude
. Assim, a
razão entre as intensidades -> 1012
– Os humanos podem ouvir com uma faixa grande
de variação de intensidades!
52. Efeito Doppler – Fonte em movimento,
ouvinte em movimento
• O comprimento de onda é a distância entre duas cristas
sucessivas, que é determinada pelo deslocamento relativo
entre a fonte e o ouvinte.
53. Efeito Doppler – Fonte em movimento,
ouvinte em movimento
• Para análise da frequência substituímos
• Em
• Teremos
54. Efeito Doppler - Resumindo
• Se o detector D (ouvinte) ou a fonte F está se
movendo, ou ambos se movendo, a
frequência emitida fs e a frequência detectada
(ouvida) fo são relacionadas por
(equação geral efeito Doppler)
O: Detector
S: Fonte
55. Efeito Doppler
Orbitron - Satellite Tracking System - http://www.stoff.pl/
O efeito Doppler
é usado para
rastrear satélites
56. • Exemplo 7: Uma sirene de polícia emite som com frequência
300 Hz. A velocidade do som é 340 m/s. (a) Calcule o
comprimento de onda das ondas sonoras quando a sirene
está em repouso em relação ao ar. (b) Quando a sirene se
move a 30 m/s (108 km/h), determine o comprimento de
onda na frente e atrás da fonte.
a)
b)
57. • Exemplo 8: Se o ouvinte do exemplo anterior
está em repouso e o carro se afasta de O com
velocidade de 30 m/s, que frequência o
ouvinte escuta?