A FISICA ONDULATÓRIA estuda todos os tipos de ondas: em cordas, sonoras, luminosas e de água. E mais uma vez os nomes de Galileu e Newton aparecem relacionados ao estudo de aspectos de um mesmo fenômeno. Desde seus primeiros contatos com a física, você deve ter percebido a participação desses dois cientistas nos mais diversos assuntos desta ciência. Uma curiosidade: Newton nasceu no mesmo ano da morte de Galileu (1642).
Em ondulatória, os estudos de Galileu foram fundamentais. Quanto a Newton, foi a partir de suas análises sobre a velocidade do som que os fenômenos ondulatórios deixaram de constituir um estudo superficial (se bem que os sons musicais, a apenas eles, já eram estudados desde a antigüidade). Newton também foi primeiro a ligar som à mecânica.
A noção de que as vibrações tanto sonoras como luminosas se propagam através de movimento ondulatório começou a tomar corpo na segunda metade do século XVII, quando já se pesquisava uma analogia entre as ondas de água, o fenômeno sonoro e a propagação da luz.
O grande pesquisador dessa área foi o cientista holandês Cristhian Huyghens, que dá o mesmo tratamento ao som e à luz. Para ele, que não chegou a estudar ondas de água, o som e a luz seriam constituídos de vibrações longitudinais. Mas foi a luz que despertou neste cientista mais paixão, levando-o a conceber a primeira hipótese das ondulações. Embora os conceitos formulados por eles sejam transmitidos até hoje, sua teoria ondulatória teve pouca influência no estudo do som.
No final do século XVII o conhecimento sobre som já estava avançado. No entanto, é no século seguinte que surgiram análises bastante importantes, inclusive a da medição da velocidade do som: 337m/s. No final do século XVII a natureza do som já estava caracterizada como um estado vibratório, abrindo a possibilidade de um aprofundamento ainda maior, como você verá.
A voz humana e o ouvido humano têm sido estudados desde a época de Platão. Mas como o estudo mais aprofundado do som é relativamente recente, e a descoberta das cordas vocais ainda não tinha sido realizada, faltavam conhecimentos para compreender melhor o assunto.
A descoberta do mecanismo da audição veio bem depois. No começo do século XVIII o que se tinha era apenas a determinação dos limites auditivos de um ouvido humano normal, isto é, e que distância um som era possível de ser escutado. Os estudos preliminares sobre corpos vibrantes (as cordas, por exemplo) permitiram, desde o começo do século XIX, um aprofundamento na análise do som. Este pôde então tornar-se uma verdadeira ciência, com numerosas aplicações.
Veio de Galileu as primeiras constatações sobre os movimentos oscilatórios.
* Quanto maior o comprimento do barbante, maior o período de oscilação.
* O período de oscilação não depende do peso do corpo.
Imagine uma piscina com a água bem parada. Agora, pense em alguém jogando uma pequena pedra nesta piscina. O que acontece?
Claro! Há a formação de uma onda. Mas perceba o que é uma onda. Nada mais é do que uma PERTURBAÇÃO . O ambiente estava calmo e depois de perturbado, começou a propagar esta perturbação de modo rítmico e constante - uma ONDA.
Há vários tipos de onda sob vários aspectos (modo de propagação, se troca ou não calor com o meio, etc.). Mas antes precisamos saber os termos principais que regem este estudo:
* Pulso:é a propagação da perturbação através de um meio. Uma série de pulsos chama-se onda.
* Crista: ou vale, ou ainda seio da onda. É o local mais baixo ou mais alto da propagação.
* Amplitude: é a distância do sentido de propagação até uma crista ou vale.
A resposta é NÃO ! Taxativa e única. Não há transporte de matéria por onda. Onda só transporta energia, sem transportar matéria. Um corpo sujeito a ação de uma onda pode receber dela energia mecânica.
* Comprimento de Onda: é a distância entre uma crista até outra crista imediatamente mais próxima
* Ondas Longitudinais: quando a vibração dos pontos acontecem na mesma direção de propagação da onda, ou seja, no sentido horizontal.
Ondas Transversais: quando a vibração dos pontos é numa direção e a direção da propagação é perpendicular.
* Onda Mecânica: É toda onda que necessita de um meio para se propagar.
* Onda Eletromagnética: É toda onda que se propaga mesmo não tendo um meio físico para isto. É gerada por vibrações de natureza elétrica e magnética, daí o seu nome.
a) Quanto mais tracionado o material, mais rápido o pulso se propagará.
b) O pulso se propaga mais rápido em um meio de menor massa.
c) O pulso se propaga mais rápido quando o comprimento é grande.
ou ainda pode ser V = l.f
* A equação acima nos mostra que quanto mais rápida for a onda maior será a freqüência e mais energia ela tem. Porém, a freqüência é o inverso do comprimento de onda (l), isto quer dizer que ondas com alta freqüência têm l pequenos. Ondas de baixa freqüência têm lgrandes
* Ondas Unidimensionais: São aquelas que se propagam em um plano apenas. Em uma única linha de propagação.
* Ondas Bidimensionais: São aquelas que se propagam em duas dimensões. Em uma superfície, geralmente. Movimentam-se apenas em superfícies planas.
* Ondas Tridimensionais: São aquelas que se propagam em todas as direções possíveis.
O som é uma onda (perturbação) longitudinal e tridimensional, produzida por um corpo vibrante sendo de cunho mecânico.
* Fonte sonora: qualquer corpo capaz de produzir vibrações. Estas vibrações são transmitidas às moléculas do meio, que por sua vez, transmitem a outras e a outras, e assim por diante. Uma molécula pressiona a outra passando energia sonora.
* Não causa aquecimento: As ondas sonoras se propagam em expansões e contrações adiabáticas. Ou seja, cada expansão e cada contração, não retira nem cede calor ao meio.
* Velocidade do som no ar: 337m/s
* Nível sonoro: o mínimo que o ouvido de um ser humano normal consegue captar é de 20Hz, ou seja, qualquer corpo que vibre em 20 ciclos por segundo. O máximo da sensação auditiva, para o ser humano é de 20.000Hz (20.000 ciclos por segundo). Este mínimo é acompanhado de muita dor, por isso também é conhecido como o limiar da dor.
Há uma outra medida de intensidade de som, que chamada de Bell. Inicialmente os valores eram medidos em Béis, mas tornaram-se muito grandes numericamente. Então, introduziram o valor dez vezes menor, o deciBell, dB. Esta medida foi uma homenagem a Alexander Graham Bell. Eis a medida de alguns sons familiares:
Fonte sonora ou dB Intensidade
descrição de ruído em W.m-2
| Limiar da dor | 120 | 1 |
| Rebitamento | 95 | 3,2.10-3 |
| Trem elevado | 90 | 10-3 |
| Tráfego urbano | ||
| pesado | 70 | 10-5 |
| Conversação | 65 | 3,2.10-6 |
| Automóvel silencioso | 50 | 10-7 |
| Rádio moderado | 40 | 10-8 |
| Sussurro médio | 20 | 10-10 |
| Roçar de folhas | 10 | 10-11 |
| Limite de audição | 0 | 10-12 |
* Refração: mudanças na direção e na velocidade.
Refrata quando muda de meio.
Refrata quando há mudanças na temperatura
* Difração:Capacidade de contornar obstáculos. O som tem grande poder de difração, porque as ondas têm um l relativamente grande.
* Interferência: na superposição de ondas pode haver aumento de intensidade sonora ou a sua diminuição.
Destrutiva - Crista + Vale - som diminui ou para.
Construtiva - Crista + Crista ou Vale + Vale - som aumenta de intensidade.
O som tem três qualidades muito interessantes:
* Altura: depende da freqüência da onda gerada pela fonte emissora.
Temos sons agudos - alta freqüência
Temos sons graves - baixa freqüência
* Intensidade:Também conhecido como volume. É o som fraco ou forte.
* Timbre: É a qualidade que depende da fonte emissora. É distinguido pelos harmônicos produzidos. É a alma dos instrumentos musicais, sendo possível reconhecê-los por causa desta qualidade.
É comum nos grandes centros o som de uma sirene de polícia ou de uma ambulância. O que é interessante notar é que quando o som está chegando há um aumento da freqüência e quando está indo, há uma diminuição da freqüência.
Há uma diferença na altura dos sons. Quando está vindo,
o som parece mais agudo. Quando está indo, parece ser mais grave.
Da mesma forma como a luz no espelho é refletida, o som também pode sofrer o mesmo fenômeno. A reflexão resulta de seu choque com um obstáculo, havendo aí uma mudança no sentido de propagação do som.
* Eco: Para que ocorra, o intervalo de tempo entre a emissão do som e o retorno deste ao ouvido tem que ser no mínimo de 0,1s. Como a distância é de ida e volta, 2x, e sendo a velocidade arredondada para 340m/s:
v = x/t => 340 = 2x/0,1 => x = 17m
Esta é a distância mínima para que haja eco.
Os sonares funcionam com este efeito.
* Reforço: Em geral não ocorre, pois os ecos se misturam aos sons originais e não percebemos esta modalidade. Quando o som original e o refletido chegam ao ouvinte quase simultaneamente, ocorre o reforço. É comum em pequenos recintos.
* Reverberação: Comum nos amplos ambientes. É quando o som refletido e o original chegam ao ouvinte com um intervalo menor do que 0,1s (menos de 17m).
* Ressonância: Quando a freqüência de uma fonte sonora é igual à freqüência natural de um corpo, ocorre o fenômeno da ressonância. As caixas de ressonância geralmente funcionam fazendo com que o ar dentro delas vibre na mesma freqüência da fonte sonora, havendo um aumento na intensidade do som.
Fonte: br.geocities.com
