O Som

Você sabe o que é o som? Quando você fala, as pessoas que estão em variadas  posições próximas a você geralmente podem ouvi-lo.  Você pode experimentar ficar no meio do pátio da escola,  dar um grito e verificar a localização de quem escutou o seu grito.     Esse “espalhamento” do som ocorre porque o som é uma onda que  se propaga de forma semelhante àquelas que se formam na  superfície lisa de um lago quando uma pedra cai ali.  A grande diferença é que se propaga no espaço, em todas  as direções. A produção do som está relacionada com as vibrações  de materiais: ao falarmos vibramos as nossas cordas vocais;  vibramos as cordas de um violão ao tocá-lo, a “pele” de um  tambor é vibrada quando a batucamos, etc.   Das fontes sonoras até as nossas orelhas as vibrações  produzem ondas que se propagam no meio material:  sólido, líquido e gasoso. O som movimenta as moléculas de ar e estas batem uma  nas outras, transferindo, dessa forma, sua energia para  outra molécula. As vibrações transmitidas são  chamadas de ondas sonoras. As ondas sonoras são ondas mecânicas.  O som precisa do meio (a, água, etc.) para ser produzido.  Para além da atmosfera, no espaço, o silêncio é absoluto,  porque no vácuo (onde não há matéria) o som não se propaga. Todo corpo capaz de oscilar ou vibrar tem a sua freqüência  natural de vibração. Isso acontece porque o corpo é constituído  por moléculas que vibram. Essas moléculas vibrando  em conjunto determinam uma freqüência natural de vibração  do corpo. Uma vara de bambu, um copo, uma ponte.  Todos os corpos têm a sua freqüência natural de vibração. Agora, imagine o que acontecerá se, próximo a esses corpos,  for emitido um som exatamente na freqüência natural  de vibração do corpo? A amplitude de vibração das  moléculas vai aumentando, aumentando, aumentando...  E temos a ressonância. O que acontece com o corpo ao entrar em ressonância?  Se for uma estrutura rígida vai acabar rachando! A ressonância é responsável pela sintonia das estações  de rádio e pelo aquecimento dos alimentos no forno de  microondas: as moléculas do alimento entram em  ressonância com as microondas, aumentando a  sua agitação térmica e, portanto, sua temperatura.

Som e sua propagação
O som é definido como a propagação de uma frente de compressão mecânica ou onda longitudinal, se propagando tridimensionalmente pelo espaço e apenas em meios materiais, como o ar ou a água.

Para que esta propagação ocorra, é necessário que aconteçam compressões e rarefações em propagação do meio. Estas ondas se propagam de forma longitudinal.

Quando passa, a onda sonora não arrasta as partículas de ar, por exemplo, apenas faz com que estas vibrem em torno de sua posição de equilíbrio.

Como as ondas sonoras devem ser periódicas, é válida a relação da velocidade de propagação:

A audição humana considerada normal consegue captar freqüências de onda sonoras que variam entre aproximadamente 20Hz e 20000Hz. São denominadas ondas de infra-som, as ondas que tem freqüência menor que 20Hz, e ultra-som as que possuem freqüência acima de 20000Hz.

De maneira que:

A velocidade do som na água é aproximadamente igual a 1450m/s e no ar, à 20°C é 343m/s.

A propagação do som em meios gasosos depende fortemente da temperatura do gás, é possível inclusive demonstrar experimentalmente que a velocidade do som em gases é dada por:

Onde:

k=constante que depende da natureza do gás;

T=temperatura absoluta do gás (em kelvin).

Como exemplo podemos tomar a velocidade de propagação do som no ar à temperatura de 15° (288K), que tem valor 340m/s.

Exemplo:

Sabendo que à 15°C o som se propaga à 340m/s, qual será sua velocidade de propagação à 100°C?

Lembrando que:

15° = 288K

100° = 373K

Curiosidades

A partir de hoje iremos aqui apresentar uma rubrica com curiosidades, dividida em três partes: "Som e o Cérebro" (influencia e nocividade do som na saúde física/mental), "Som e a Natureza" (importância que o  som tem para animais e plantas), "Som e o Mundo" (a importância e as aplicações do som no mumdo)

Som e o Cérebro

Porque é que não ouvimos um tambor numa discoteca mas ouvimos o nosso colega? O cérebro tem a capacidade de isolar sons que considera importantes e, a comunicação entre seres Humanos (60-90 Db) é tão importante que o cérebro evoluiu de forma  a ouvi-la em ambientes ruidosos (50-125 Db)

Som e a Natureza

No Mundo animal o som é importante para morcagos voarem (ultrasons), golfinhos nadarem, pica-paus caçarem e toupeiras se protegerem...

Som e o Mundo

Já está a ser investigado e utilizado os ultrasons na detecção de cancro e outros, de forma semelhante ao estudo da Terra através de ondas sismicas . Ao contrário das máquinas te TAC, este método não emite radiação nociva para pacientes e médicos.

Som e o Cérebro

Se uma pessoa gritasse durante 8 anos, 7 meses e 6 dias, teria produzido energia suficiente para aquecer uma xícara de café.

Som e a Natureza
Camarão pistola: É um camarão que tem uma pinça extremamente forte, capaz de produzir, através do ultra-somdo impacto entre as garras, uma bolha de ar de mais de 100km/h e 9900ºC!

A erupção do vulcão Krakatoa, na Indonésia, em agosto de 1883, emitiu um som que viajou dez vezes mais longe do que o som de uma explosão nuclear. O barulho partiu da ilha de Java, na Indonésia, e foi ouvido na ilha Rodrigues Maurício, a 4800Km de distância.Som e o Mundo 

Pesquisadores alemães desenvolveram uma técnica que combina luz e ultra-som para visualizar proteínas fluorescentes incorporadas no interior de tecidos vivos, em animais vivos, a vários centímetros de profundidade.

A companhia japonesa Toyooka Chuo Seika começou a vender as “Bananas Mozart” em supermercados da província de Hyogo. As frutas, de acordo com a empresa, são amadurecidas ao som de músicas do compositor clássico Wolfgang Amadeus Mozart. As bananas, produzidas nas Filipinas, passam uma semana em uma câmara de amadurecimento japonesa. O local é aparelhado com alto-falantes que tocam o “Quarteto de cordas n.17″, o “Concerto de Piano 5 em Ré Maior”, entre outras obras.

Som e o Mundo

Barreira do Som

A resistência da água a um barco em andamento é tanto maior, quanto maior a velocidade deste, pois a velocidade de navegação começa-se a aproximar da velocidade a que a água se consegue desviar. O mesmo se passa com o ar, quando um avião atinge a “velocidade do som”  o ar não se consegue desviar da fronte do avião pelo que forma um muro onde a densidade do ar é muito maior á normal.

Em 1923, o Americano Charles Yeager ultrapassou pela primeira vez a barreira do som a bordo do avião  Bell X-1 experimental.

O maior som já emitido por um ser humano

1º O ser humano que é considerado o mais barulhento do mundo é uma mulher, a professora Jill Drake. Drake nasceu na Inglaterra e conseguiu atingir o marco de incríveis 129 dB! Para atingir esses 129 dB, bastou dar um grito. O grito foi tão alto que está registado no livro dos recorde do Guiness, e foi registrado há dez anos, e até hoje ninguém conseguiu superar a marca!

2º O segundo maior som foi emitido por um homem chamado Marco Ferrera. Marco nasceu nos Estados Unidos e soltou um assobio que chegou a 125 dB – o que equivale ao barulho que um avião a jacto emite durante o processo de decolagem.

3º O terceiro lugar deste ranking vai para uma mulher chamada Annalisa Wray, de origem britânica, e que conseguiu gritar a palavra “Silêncio” e atingir incríveis 121,7 dB.

Outros registos interessantes:

Por incrível que pareça, um simples estalar com a  língua foi o suficiente para que um homem chamado Kunal Jain, nascido no Canadá, atingisse a marca de 112,2 dB!

Um homem chamado Bob, que nasceu nos Estados Unidos, conquistou o titulo de campeão da categoria ao estalar os dedos e atingir 108 decibéis!

Um grupo de 40 homens e mulheres com idades compreendidas entre os 51 e os 87 anos, foram submetidos a uma cirurgia num hospital de Nova Iorque. Metade dos pacientes recebeu um mp3 para utilizar durante a cirurgia, podendo escolher a música que queriam ouvir, enquanto a outra metade não ouviu música durante a cirurgia. A pressão arterial foi medida antes da cirurgia (ambos os grupos apresentavam níveis de ansiedade elevados), e depois do início do procedimento, aqueles que ouviram música voltaram ao nível normal de pressão cinco minutos depois. Os que não escutaram música mantiveram níveis de pressão elevados durante toda a cirurgia.

Ondas sonoras

ONDAS SONORAS

FÍSICA

As ondas sonoras são um fenômeno físico em si e possuem diversas aplicações que auxiliam nosso cotidiano, como a ultrassonografia.

O som possui inúmeras aplicações em nosso cotidiano

Diariamente somos expostos a diversas fontes sonoras, que podem nos afetar de maneira positiva ou negativa. Sons da chuva ou de músicas calmas trazem-nos alívio e sensação de descanso. Já o som de ambientes com muita conversa ou do tráfego intenso de veículos gera em nós desconforto e estresse. As ondas sonoras desempenham papel muito importante em nosso cotidiano e possuem características que podem nos auxiliar constantemente.

O som é uma onda mecânica (tipo de onda que precisa de um meio de propagação),tridimensional (propaga-se em todas as direções) e longitudinal (o tipo de vibração que gera é paralela à sua propagação). A imagem abaixo representa o esquema de uma onda sonora, mostrando-nos uma fonte sonora apontada para a direita, bem como as regiões de compressão e rarefação das moléculas de ar, o que caracteriza as ondas sonoras como longitudinais.

As ondas sonoras podem sofrer os fenômenos ondulatórios da reflexão,refração, difração e interferência.

Um exemplo de reflexão é o eco, que se caracteriza pela distinção entre o som produzido por uma fonte e o som refletido por um obstáculo. Como exemplo de refração dessas ondas, podemos citar a ocorrência de algo parecido com as miragens. Em dias quentes, em virtude da mudança no índice de refração do ar próximo a superfícies muito quentes, o som sofre desvios – esse fenômeno é dificilmente percebido. A difração, por sua vez, ocorre quando as ondas sonoras contornam obstáculos. Quando a porta de um ambiente está entreaberta, por exemplo, podemos ouvir o som produzido lá dentro. Finalmente, a interferência é um fenômeno decorrente do encontro de ondas sonoras produzidas por mais de uma fonte. Nesse contato, uma onda pode destruir a outra, a chamada interferência destrutiva, e gerar, mesmo em um ambiente barulhento, regiões de silêncio.

Existem propriedades relacionadas com a nossa capacidade de percepção do som que são denominadas de propriedades fisiológicas do som. O ouvido humano não consegue captar todas as frequências a que está exposto, mas existe um intervalo de frequências audível para os seres humanos, que varia aproximadamente de, no mínimo, 20 Hz a, no máximo, 20.000 Hz. Sons abaixo do mínimo percebido pelo sistema de audição humano são denominados de infrassons. Já os sons acima do máximo de captação são chamados de ultrassons. A tabela abaixo mostra os valores do espectro das ondas sonoras, indicando os intervalos de frequência para diferentes animais. Repare que sons que, por exemplo, são audíveis para os cães são considerados ultrassons para os humanos, isso porque estão além da capacidade de audição humana.

Existem aplicações tecnológicas para os sons que não somos capazes de ouvir. Uma delas é o diagnóstico por imagens feito a partir de ultrassons, os chamados exames de ultrassonografia. Nesse tipo de exame, ondas de alta frequência são direcionadas para órgãos ou fetos a serem analisados e, a partir da reflexão dessas ondas, um computador gera imagens. Os sonares, utilizados por submarinos, têm funcionamento semelhante ao do aparelho de ultrassom e mostram a distância e as dimensões de obstáculos à frente do submarino.

Outra propriedade física do som é a suavelocidade de propagação, que depende das características do meio no qual ocorre a propagação. Para a propagação do som em fluidos, a velocidade pode ser determinada a partir da equação abaixo, em que B é uma grandeza chamada de elasticidade volumar,que determina as características das substâncias ao serem comprimidas, e ρ é a densidade do fluido.

Repare que a densidade do fluido e a velocidade de propagação do som são inversamente proporcionais, pois, quanto mais denso é o meio, maior é a dificuldade de perturbação de suas partículas, o que dificulta a propagação e, por consequência, diminui a velocidade do som no meio.

A tabela abaixo indica o meio de propagação e a velocidade do som nesse meio em Km/h.

Por fim, a intensidade pode ser citada como uma importante propriedade do som. Qualquer movimento ondulatório transporta energia, portanto, se uma onda sonora atravessar uma determinada área em certo intervalo de tempo, a energia carregada por ela também atingirá essa área. A energia transportada pelo som é que faz o corpo tremer, por exemplo, diante do som produzido em um show musical. Assim sendo, a intensidade sonora é a determinação dessa quantidade de energia que atravessa uma área em determinado intervalo de tempo e pode ser calculada a partir da seguinte expressão:

A razão entre energia e tempo é definida como potência. Assim, podemos reescrever a equação como:

A unidade de medida da intensidade sonora no Sistema Internacional de Unidades é o W/m².

Para medir a sensação que o som produz ao atingir nosso aparelho auditivo, temos uma grandeza chamada de nível de intensidade sonora (β), que está expressa a seguir.

Nessa equação, I₀ é a mínima intensidade sonora percebida pelo ouvido humano e vale 10 ^–12 W/m². A unidade de medida do nível sonoro é o bel (B), isso em homenagem ao inglês Graham Bell, inventor do telefone. Mas a unidade utilizada é uma fração do bel, definida como decibel (dB). A tabela abaixo traz o nível sonoro para distintas fontes.

Como exemplo de aplicação do cálculo da intensidade de ondas, podemos citar a Escala Richter, desenvolvida em 1935 por Charles Francis Richter e Beno Gutenberg. Essa escala determina a energia sísmica liberada durante um terremoto.

Os sons desempenham papel fundamental em nosso cotidiano e fazem parte do ramo da Física chamado de Ondulatória, responsável pelo estudo das ondas.