Planejativo

Acústica, fenômenos sonoros e instrumentos musicais

Luz e Câmara de orifício

Espelhos planos

Espelhos esféricos

Determinação analítica da imagem

Refração

Dioptro plano, Ângulo limite e Reflexão total

Prismas

Lentes esféricas

Construção analítica das imagens e Estudo dos sinais

Vergência e Óptica da Visão

Instrumentos ópticos

Ondulatória: Visão geral e Equação fundamental

Fenômenos ondulatórios

Ondas estacionárias em cordas e tubos sonoros

Efeito doppler

Temperatura, Calor e Energia térmica

Dilatação térmica

Calor sensível

Calor latente e Mudança de fase

Diagramas de fase

Propagação do calor

Estudo do gás ideal

Cinética dos gases, Energia interna e Trabalho de um gás

Primeira lei da termodinâmica

Ciclos, Máquinas térmicas e Rendimento

Ciclo de Carnot e a Segunda lei da termodinâmica

Princípios da óptica geométrica

Escalas termométricas

AcústicaAcústica é a área da física que estuda as ondas sonoras e os seus fenômenos. A acústica aborda fenômenos ondulatórios, como a reflexão, refração, difração, absorção e efeito Doppler, bem como as características do som — onda mecânica capaz de propagar-se através de meios sólidos, líquidos e gasosos. Para entende-la melhor precisamos relembrar alguns conceitos:Onda é a variação periódica de uma grandeza física. Uma onda é composta por:Uma onda é formada por alguns componentes básicos que são:<img src="https://static.planejativo.com/uploads/novas/fe15a1f72c4e2f50789dd6b7d24f58c0.gif" width="286" height="271">Sendo A a amplitude da onda( distância entre a crista ou o vale e o nível médio).É denominado comprimento da onda, e expresso pela letra grega lambida (λ), a distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos.Chamamos período da onda (T) o tempo decorrido até que duas cristas ou dois vales consecutivos passem por um ponto e frequência da onda (f) o número de cristas ou vales consecutivos que passam por um mesmo ponto, em uma determinada unidade de tempo.Portanto, o período e a frequência são relacionados por:<img src="https://static.planejativo.com/uploads/novas/70674d470a96783d48fd961ee785ec3a.gif" width="46" height="42">A unidade internacionalmente utilizada para a frequência é Hertz (Hz) sendo que 1Hz equivale à passagem de uma crista ou de um vale em 1 segundo.Para o estudo de ondas bidimensionais e tridimensionais são necessários os conceitos de:<ul><li>frente de onda: é a fronteira da região ainda não atingida pela onda com a região já atingida;</li><li>raio de onda: é possível definir como o raio de onda a linha que parte da fonte e é perpendicular às frentes de onda, indicando a direção e o sentido de propagação.</li></ul><img src="https://static.planejativo.com/uploads/novas/63a75d6327c39419f4efacafcc35fdd0.gif" width="370" height="272"> O som é uma onda capaz de propagar-se pelo ar e por outros meios a partir da vibração de suas moléculas. Os sons são percebidos por nós quando eles incidem sobre o nosso aparelho auditivo, que são traduzidos em estímulos elétricos e direcionados ao nosso cérebro, que os interpreta.Os seres humanos são capazes de ouvir uma faixa de frequências sonoras, chamada de espectro audível, que se estende entre 20 Hz e 20.000 Hz, aproximadamente. Os sons de frequências menores que 20 Hz são chamados de infrassons, enquanto os sons de frequências superiores a 20.000 Hz são chamados de ultrassons. Outros animais, tais como cães, gatos e morcegos são capazes de ouvir faixas muito mais amplas de frequências.Os dispositivos que produzem ondas sonoras são chamados de fontes sonoras. Entre os que mais se destacam estão aqueles compostos por:<ul><li>Cordas vibrantes como violão o  piano, as cordas vocais etc.</li><li>Tubos sonoros como órgão flauta, clarineta.</li><li>Membranas e placas vibrantes tal como o tambor</li><li>Hastes vibrantes como o diapasão, triangulo, etc.</li></ul>Podemos caracterizar os sons a partir de sua intensidade, altura ou timbre.A intensidade está ligada à quantidade de energia transportada pelo som. Desta forma, conforme a intensidade do som dizemos que ele é mais forte (a onda possui maior amplitude) ou mais fraca (a onda possui menor amplitude).A altura está relacionada com a freqüência do som. Assim distinguimos os sons mais altos como os de maior frequência (mais agudos) e os mais baixos como os de menor frequência (mais graves). As notas musicais buscam agrupar diferentes freqüências sonoras produzidas por um instrumento.O timbre corresponde ao conjunto de ondas sonoras que formam um som. O timbre permite diferenciar diferentes fontes sonoras, por exemplo é fácil perceber que o som de uma guitarra e de uma flauta são completamente diferentes.A velocidade do som no ar é de 340 m/s. A fórmula que relaciona velocidade, amplitude e frequência sonora é:V = λ . fFenômenos sofridos pelo somComo o som é uma onda, ele está sujeito a diversos fenômenos ondulatórios, confira quais são eles:<ul><li>Reflexão: A reflexão acontece quando o som é emitido em direção a algum anteparo elástico. A reflexão do som dá origem ao eco sonoro, por exemplo.</li><li>Absorção: Alguns meios são capazes de absorver as ondas sonoras, funcionando, assim, como bons abafadores de som. As câmaras anecoicas são exemplos práticos da absorção sonora, quase nenhum som externo é capaz de entrar nessas câmaras.</li><li>Refração: A refração ocorre quando o som muda de meio e sofre mudanças de velocidade. Esse fenômeno é especialmente útil para a realização dos exames de ultrassonografia.</li><li>Difração: Se o som passar através de algum obstáculo ou fenda de dimensões parecidas com o seu comprimento de onda, ele sofrerá uma difração. A difração do som faz com que ele passe através de frestas, em baixo de portas, e possa ser ouvido.</li><li>Interferência: A interferência diz respeito à sobreposição das ondas sonoras, em alguns pontos do espaço, o som produzido por uma ou mais fontes irá sobrepor suas cristas e ondas, produzindo regiões de interferência construtiva e destrutiva. Em teatros e cinemas, o sistema de som é projetado de forma que haja o mínimo de regiões de interferência destrutiva.</li></ul>Apesar de ser uma onda, o som é uma onda do tipo longitudinal e, por isso, não é capaz de sofrer polarização.Intensidade, timbre e alturaIntensidadeA intensidade sonora mede a quantidade de energia que uma onda sonora é capaz de transferir a cada segundo em uma área de 1 m². A intensidade relaciona-se à amplitude da onda e é definida pela potência emitida pela fonte dividida pela área da frente de onda sonora, como mostramos a seguir:<img alt="" height="51" src="https://static.planejativo.com/uploads/novas/82fa7460daf26f152f0af1fe79f3a0ca.jpg" width="53">I – Intensidade sonora (W/m²)P – Potência (W)A – Área da frente de onda (m²)A figura a seguir ilustra a frente de onda sonora, que tem formato circular, uma vez que as sonoras são tridimensionais e propagam-se com a mesma velocidade em todas as direções:<figure><img alt="" height="400" src="https://static.planejativo.com/uploads/novas/71dc3fcd30496161fa36066b30e482f3.jpg" width="601"><figcaption>A intensidade sonora diminui com o quadrado da distância entre a fonte e o observador.</figcaption></figure>Por meio da figura, é possível perceber que, conforme nos afastamos uma distância r, a área da frente de onda aumenta com o quadrado da distância. Por tratar-se de uma onda esférica, essa área pode ser calculada pela expressão 4πr².Apesar de a unidade de intensidade sonora ser o watt por metro quadrado, a intensidade sonora é comumente medida em uma escala logarítmica conhecida como escala de Bell, criada pelo inventor do telefone, Alexander Graham Bell.A escala de Bell utiliza as propriedades do logaritmo de base 10 para comparar sons de diferentes intensidades, para tanto, o menor valor existente nessa escala é também o menor valor de intensidade sonora audível (chamada de I0), cerca de 10-12 W/m², também conhecido como limiar de audibilidade. De acordo com essa escala, sons de diferentes intensidades relacionam-se com I0 da seguinte maneira:<img alt="" height="25" src="https://static.planejativo.com/uploads/novas/d70dee6fe70b4a02293ad0e1254cdd19.jpg" width="97">N – número de belAplicando as propriedades logarítmicas na equação apresentada, obtém-se a seguinte expressão:<img alt="" height="43" src="https://static.planejativo.com/uploads/novas/43b02e11299ce10ba9060bae5a95a337.jpg" width="442">O cálculo acima permite calcular o número de decibéis de uma onda sonora de intensidade I. O decibel é um submúltiplo dez vezes menor que o bel. A partir disso, é possível compreender que um som de 20 decibéis é 10 vezes mais forte que um som de 10 decibéis, por exemplo.Quando algum som tem grande intensidade, dizemos que esse som é forte, ao contrário, trata-se de um som fraco. Timbre <figure><img alt="O timbre permite distinguirmos diferentes fontes sonoras graças ao formato da onda." height="264" src="https://static.planejativo.com/uploads/novas/2acb62391556bc5298bb20a25ec90a1c.jpg" width="600"><figcaption>O timbre permite distinguirmos diferentes fontes sonoras graças ao formato da onda.</figcaption></figure>O timbre é a característica dos sons que nos permite diferenciar uma nota musical emitida por um piano de um violino, por exemplo. O timbre é o formato da onda sonora, cada instrumento musical apresenta um modo de vibração próprio, que resulta na produção de um som característico.O timbre também garante que a voz humana seja diferente em cada indivíduo, permitindo que ativemos dispositivos por meio de comandos de voz, por exemplo.Altura<figure><img alt="Os sons apresentam três características – intensidade, altura e timbre." height="400" src="https://static.planejativo.com/uploads/novas/f22e0f61318054819b3dae66fc2b96e8.jpg" width="533"><figcaption>Os sons apresentam três características – intensidade, altura e timbre.</figcaption></figure>A altura de um som diz respeito à sua frequência, que mede o número de oscilações que a onda sonora produz a cada segundo. A medida de frequência é dada em hertz (Hz).<img alt="" height="46" src="https://static.planejativo.com/uploads/novas/de68786dbf7f66418396496795c1098b.jpg" width="66">n – número de oscilaçõesΔt – intervalo de tempo (s)A frequência do som pode ser obtida por meio da velocidade de propagação e do comprimento de onda do som. Observe:<img alt="" height="46" src="https://static.planejativo.com/uploads/novas/43e0a4a2d8fac27da6dc582ea0c1837e.jpg" width="169">v – velocidade de propagação (m/s)λ – comprimento de onda (m)f – frequência (Hz)  Os seres humanos não são capazes de ouvir qualquer frequência sonora, na verdade, a nossa percepção é bastante limitada: só somos capazes de ouvir frequências que se encontrem em intervalo que vai de 20 Hz a 20.000 Hz, esse intervalo é conhecido como espectro audível.Qualquer som que tenha frequência abaixo dos 20 Hz é inaudível pelos seres humanos e é chamado de infrassom, já os sons que tenham frequência maior que 20.000 Hz, também inaudíveis para nós, são conhecidos como ultrassons. Instrumentos MusicaisQuem não gosta de ouvir uma boa música? Existem músicas para todos os gostos. O som musical, em geral, é aquele que se apresenta de forma agradável aos nossos ouvidos, cuja onda sonora apresenta certa regularidade. Instrumentos musicais são dispositivos que produzem esse tipo de som. Instrumentos musicais são classificados em três grupos, os instrumentos de cordas, instrumentos de sopor e instrumentos de percussão. Como a física explica o funcionamento desses instrumentos, é que veremos agora. Instrumentos de cordas Se pararmos pra pensar um pouco, podemos enumerar um grande número de instrumentos de corda: violão, violino, piano, harpa, guitarra, contrabaixo, etc. Nesses instrumentos, o som é produzido a partir de cordas, que quando acionadas provocam compressões e rarefações no ar, chamadas ondas sonoras. Também chamada de cordas vibrantes, as cordas dos instrumentos musicais, quando vibram produzem ondas transversais que, superpondo-se às refletidas nas extremidades, originam uma onda estacionária. O modo mais simples de vibração da corda caracteriza sua freqüência fundamental, correspondente à vibração entre as extremidades de fixação da corda (nós) e um ponto médio. O segundo modo de vibração corresponde aos nós das extremidades e a um nó no ponto central. O terceiro modo corresponde a mais um nó entre os nós extremos, e assim, cada novo modo de vibração corresponde a mais um nó intermediário. A distância entre dois nós consecutivos corresponde a meio comprimento de onda <img alt="" height="46" src="https://static.planejativo.com/uploads/novas/8b070f56d29aff3ee13bd3e69ffdfb4e.jpg" width="33"> e a freqüência de oscilação é dada por , <img alt="" height="42" src="https://static.planejativo.com/uploads/novas/51f4f7cf2b88fefb2a36b4c75e692df6.jpg" width="46"> onde v é a velocidade da onda na corda.<img alt="" height="310" src="https://static.planejativo.com/uploads/novas/57bbd6f2c8159b1176bb8ad80b4a0a74.jpg" width="429"> Cordas vibrantesInstrumentos de sopro Os instrumentos de sopro são constituídos por tubos sonoros. É muito fácil nos lembrarmos desses instrumentos: saxofone, trombone, trompete, flauta, etc. Se você soprar dentro de uma garrafa de vidro, por exemplo, irá observar esta emitira um som. Isso acontece porque a coluna de ar dentro da garrafa entra em vibração emitindo uma onda sonora. A produção dessa onda em uma das extremidades é devida a um dispositivo denominado embocadura. A extremidade oposta à embocadura, pode ser aberta ou fechada dando origem a dois tipos de tubos sonoros, os abertos e os fechados. Nos tubos abertos a onda estacionária longitudinal que se forma apresenta um ventre em ambas as extremidades. O modo mais simples de vibração corresponde a um nó no ponto central do tubo. A cada novo modo de vibração, surge mais um nó intermediário. A distância entre dois ventres consecutivos é igual à metade do comprimento de onda <img alt="" height="46" src="https://static.planejativo.com/uploads/novas/dafe1c474689961457ae2ad6e39e29a0.jpg" width="33">e a freqüência é dada por: <img alt="" height="42" src="https://static.planejativo.com/uploads/novas/fe0dd40782e8a6d13978ecde59737602.jpg" width="46">.  <img alt="" height="189" src="https://static.planejativo.com/uploads/novas/f0fa3364c351964deca502a9df222de2.jpg" width="551" style="font-size: 0.9rem;"> Tubos sonoros abertosNos tubos sonoros fechados a onda estacionária longitudinal, apresenta um ventre na extremidade da embocadura e um nó na extremidade fechada. Para cada modo de vibração existente, mantém-se o nó na extremidade fechada e aumenta-se um nó intermediário. A distância entre o ventre e o nó consecutivo corresponde a um quarto do comprimento de onda <img alt="" height="46" src="https://static.planejativo.com/uploads/novas/3ecf8a459463472bad55248dcc4a7d9d.jpg" width="33">.<img alt="" height="239" src="https://static.planejativo.com/uploads/novas/38663587702468d261f803e8c38eb04c.jpg" width="371"> Tubos sonoros fechados Os instrumentos de percussão se comportam de maneira bem diferente dos demais. Os sons emitidos por eles podem ter suas origens das vibrações de membranas, hastes e superfícies metálicas, o que dificulta estabelecer um padrão de comportamento para eles. Fontes:<a href="https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-fisica-os-intrumentos-musicais.htm" target="_blank">Brasil Escola </a>-  Disponível em <<a href="https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-fisica-os-intrumentos-musicais.htm" target="_blank">https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-fisica-os-intrumentos-musicais.htm</a>> Acesso em 23 abr. 2022. <a href="https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/o-que-som.htm" target="_blank">Mundo Educação </a>-  Disponível em <<a href="https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/o-que-som.htm" target="_blank">https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/o-que-som.htm</a>> Acesso em 23 abr. 2022. <a href="https://www.infoescola.com/fisica/acustica/" target="_blank">Só física </a>-  Disponível em <<a href="https://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Ondas/classificacao2.php" target="_blank">https://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Ondas/classificacao2.php</a>> Acesso em 23 abr. 2022. <a href="https://brasilescola.uol.com.br/fisica/intensidade-timbre-altura.htm" target="_blank">Brasil Escola </a>-  Disponível em <<a href="https://brasilescola.uol.com.br/fisica/intensidade-timbre-altura.htm" target="_blank">https://brasilescola.uol.com.br/fisica/intensidade-timbre-altura.htm</a>> Acesso em 23 abr. 2022.