Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Ciências Ensino Fundamental, 9º Ano Conceito de onda e som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Algumas curiosidades... 1. Como os morcegos conseguem localizar um inseto mesmo enxergando tão mal? 2. Como é formada uma imagem numa ultrassonografia? 3. Por que, quando uma ambulância se aproxima de nós com a sirene ligada, o som parece estar oscilando mais do que quando ela se afasta? Imagem: Autor desconhecido / disponibilizado por Isis / Public domain. 4. Como o sonar, que é tão fundamental na navegação ou localização, funciona? 5. Por que, quando cai um raio, só ouvimos o trovão depois de certo tempo? Mas antes de respondê-las, precisaremos conhecer alguns conceitos fundamentais da Física ... Imagem: Autor Scott Sanchez / Public domain CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Ondas Um dos espetáculos mais famosos e incríveis durante as competições esportivas é a “ola” da torcida. Visto de longe, a impressão é que a massa humana se move toda para um lado das arquibancadas. Mas sabemos que isso não é verdade: cada torcedor se move na direção vertical, e apenas quando recebe o ‘sinal’, cada integrante da torcida responde à perturbação e, por assim dizer, ‘oscila’ em torno de sua posição de equilíbrio, de modo que o que se desloca na arquibancada não são os torcedores, mas o sinal ou perturbação. Paul G. Hewitt. Física Conceitual, 9ª Edição. CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Ondas Assim como as “olas”, as Ondas são perturbações que se propagam em um meio. Na propagação APENAS A ENERGIA É TRANSPORTADA, não havendo transporte de matéria. Imagem: Autor desconhecido / Disponibilizado por M.arunprasad / GNU Free Documentation License CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos As ondas no cotidiano As ondas estão sempre presentes nos mais diversos fenômenos e situações do cotidiano. O som de um violão. Imagem: Commons Generic Meanos / Attribution-Share Creative Alike 2.5 O reflexo de uma paisagem. Imagem: Commons Generic Miguel303xm / Creative Attribution-Share Alike 2.5 Uma radiografia. Imagem: Nevit Dilmen / GNU Free Documentation License CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Natureza das Ondas As Ondas podem ter natureza Mecânica ou Eletromagnética Ondas Mecânicas: Ondas que necessitam de um meio material para se propagarem. Resultam de deformações provocadas em meios elásticos. Transportam apenas energia mecânica. Ex.: Ondas em cordas, ondas na superfície de um líquido, ondas sonoras, ondas sísmicas, etc. Imagem: Autor CK-12 Foundation / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Natureza das Ondas Ondas Eletromagnéticas: Ondas que NÃO necessitam de um meio material para se propagarem. Resultam de vibrações de cargas elétricas. Transportam “pacotes” de energia que são os Fótons ou Quanta de energia. Ex.: Ondas luminosas (luz), ondas de rádio ou de TV, micro-ondas, raios X, etc. Imagem: Autor Philip Ronan / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Tipos de Ondas Ondas Unidimensionais: Quando se propagam numa só direção (uma dimensão 1d). Ex.: Som se propagando numa linha, ondas em uma corda, etc. Imagem: Autor CK-12 Foundation / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported Ondas Bidimensionais: Quando se propagam ao longo de um plano (duas dimensões – 2d). Ex.: Ondas na superfície da água. Imagem: Autor Roger McLassus / GNU Free Documentation Licens CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Tipos de Ondas Ondas Tridimensionais: Quando se propagam em tosas as direções (três dimensões – 3d). Ex.: Ondas Sísmicas, ondas sonoras (SOM) no ar, etc. epicentro foco ondas falha Imagem: Autor Dollynarak / Public domain. CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Classificação das Ondas Ondas Transversais: Ondas em PERPENDICULAR à de propagação. que a direção de vibração é Ex.: Ondas em uma corda, ondas eletromagnéticas, a “ola” comentada no início da aula, etc. Direção de vibração Propagação Ondas Longitudinais: Ondas em que a direção de vibração é a MESMA que a de propagação. Ex.: Ondas sonoras (Som), onda em uma mola vertical sustentando um peso, etc. Propagação Direção de vibração CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Componentes de uma Onda Imagem: AnselmoLacerda / GNU Free Documentation License CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Fenômenos ondulatórios Reflexão obstáculo ondas refletidas A A’ As ondas que se propagam num meio material "batem" em obstáculos e "voltam" para esse mesmo meio sem sofrer perdas consideráveis de energia. CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Fenômenos ondulatórios Refração Quando a Onda passa de um meio para outro com propriedades distintas, mudando sua velocidade de propagação e comprimento de onda, mas mantendo constante sua frequência, sofre DESVIOS. CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Fenômenos ondulatórios Difração Imagem: Autor Barakitty / GNU Free Documentation License Capacidade que as ondas têm de contornar obstáculos que possuem a mesma ordem de grandeza de seu comprimento de onda, modificando sua direção de propagação. CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Fenômenos ondulatórios Polarização Imagem: Efeito de um filtro polarizador em uma fotografia. A Foto da direita utiliza o filtro / PiccoloNamek / GNU Free Documentation License Polarizar uma onda significa ORIENTÁ-LA em uma única direção ou plano. OBS.: A Polarização só ocorre com Ondas Transversais! CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Fenômenos ondulatórios Interferência Imagem: Autor Sakurambo / Public domain Quando duas ou mais ondas que se propagam num meio se superpõem, havendo uma “soma” de suas amplitudes. CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Interferência 1. Quando ocorre o encontro de duas cristas, ambas aumentam sua amplitude. 2. Quando dois vales se encontram sua amplitude é igualmente aumentada e os dois abaixam naquele ponto. 3. Quando um vale e uma crista se encontram, ambos irão querer puxar cada elevação para o seu lado. Se as amplitudes forem iguais, elas se cancelam (A = 0). Se diferentes, elas se subtraem. + = + = + = CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Velocidade da Onda A velocidade de uma onda é a distância percorrida por uma onda por unidade de tempo. É a velocidade com que uma perturbação se propaga num determinado meio. 𝑣 =𝜆∙𝑓 𝒐𝒏𝒅𝒆 𝑜𝑢 𝜆 𝑣= 𝑇 𝒗 ≡ 𝑽𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒅𝒂 𝒐𝒏𝒅𝒂 (𝒎 𝒔 → 𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒔 𝒑𝒐𝒓 𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐𝒔) 𝜆 ≡ 𝑪𝒐𝒎𝒑𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒅𝒆 𝒐𝒏𝒅𝒂 𝒎 → 𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒔 𝒇 ≡ 𝑭𝒓𝒆𝒒𝒖ê𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒂 𝒐𝒏𝒅𝒂 𝑯𝒛 → 𝒉𝒆𝒓𝒕𝒛 𝑻 ≡ 𝑷𝒆𝒓í𝒐𝒅𝒐 𝒅𝒂 𝒐𝒏𝒅𝒂 𝒔 → 𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐𝒔 CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Som • O que é o som e como ele é produzido? • O som é a propagação de uma perturbação num meio mecânico. • Obs.: Os sons são Ondas Mecânicas, Longitudinais e Tridimensionais. CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Imagem: Wollschaf / GNU Free Documentation License Produzindo uma onda sonora Regiões de Alta e Baixa Pressão Diapasão CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos • As moléculas do ar junto à membrana do tímpano vibram, fazendo com que a membrana também comece a vibrar. Como ouvimos um som? • A vibração do tímpano é transmitida ao sistema ósseo, constituído pelo martelo, bigorna e estribo (menores ossos do corpo humano), passando pelos canais semicirculares que fazem a ligação ao nervo auditivo. • A vibração é convertida em impulso elétrico que é comunicado ao cérebro. Imagem: Mike.lifeguard / GNU Free Documentation License CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Fenômenos sonoros Persistência auditiva: tempo que leva para deixarmos de perceber um som (0,1 s). Eco: ocorre quando a pessoa percebe o som por ela emitido duas vezes distintas. Reverberação: Em grandes salas fechadas, ocorre o encontro do som com as paredes. Esse encontro produz reflexões múltiplas que, além de reforçar o som, prolongam-no durante algum tempo depois de cessada a emissão. CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Algumas tirinhas interessantes http://www.monica.com.br/comics/tirinhas/i mages/tira336.gif http://www.monica.com.br/comics/tirinhas/i mages/tira147.gif CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos A Frequência do Som Infrassom: sons com frequências abaixo de 20 Hz. Ultrassom: sons com frequências acima de 20 KHz. Som audível: sons com frequências perceptíveis ao ser humano (20 Hz a 20 KHz). Espectro Sonoro Sons audíveis Sons musicais 5 000 infra-sons frequência 20 000 20 Ultra-sons Sons desagradáveis Imagens:(aranha) Autor johnny automatic / CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication; (orelha) Autor David Benbennick / GNU Free Documentation License; (morcego) Autor Ebaychatter0 / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication. CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Para refletir um pouco: As explosões no espaço são sempre mostradas nos cinemas acompanhadas de grandes estrondos. Isso acontece realmente? Ou seja, é possível ouvir o som de uma explosão no espaço? Lembre: Sendo o som uma onda mecânica, ela não pode se propagar no vácuo! CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos A Velocidade do Som A velocidade de propagação das ondas sonoras é independente da fonte sonora, dependendo apenas da natureza do meio material elástico que vibra. Como o som se propaga de molécula para molécula, então, QUANTO MAIOR A DENSIDADE do meio material em que o som se propaga, MAIOR A SUA VELOCIDADE nesse meio, visto que as moléculas estão mais próximas entre si, facilitando a propagação dessa perturbação. Menor velocidade de propagação Gasoso Maior velocidade de propagação Líquido Sólido Densidade Velocidade Vsólido > Vlíquido > Vgasoso CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos A Velocidade do Som No ar, a 20 ºC, a velocidade do som é 343 m/s. http://cfq8.wikispaces.com/file/view/Calvin_ Velocidade_Som.png/31315839/Calvin_Vel ocidade_Som.png CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Qualidades do Som Altura do Som Qualidade que permite diferenciar um som agudo (alta frequência) de um som grave (baixa frequência). Obs.1: A altura do som depende apenas da frequência da fonte emissora. Frequência baixa – som grave Obs.2: As notas musicais possuem alturas sonoras diferentes, isto é, cada nota possui uma frequência característica. Frequência baixa – som agudo CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Qualidades do Som Timbre do Som Qualidade que permite diferenciar duas ondas sonoras de mesma altura e mesma intensidade, emitidos por fontes distintas. É a “Identidade do som”. Obs.: O timbre está relacionado à forma da onda emitida pelo instrumento. Flauta Xilofone Imagens: Autor desconhecido / disponibilizado por Cralize / GNU Free Documentation License. CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Qualidades do Som Intensidade do Som Qualidade que permite diferenciar um som forte de um som fraco. Um som de maior volume Uma onda sonora de maior amplitude. Amplitude Obs.: A intensidade do som está relacionada com a energia que a onda transfere e com a amplitude da onda. Som forte Som fraco Tempo Maior transporte de energia pela onda Som de maior intensidade CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Nível Sonoro 140 130 120 Walkman É a intensidade sonora percebida ou detectada pelo sistema auditivo humano. É medida em decibel (dB). 125 115 105 110 100 90 95 85 75 65 80 Trânsito intenso Conversa 70 60 Decolagem de um avião Limiar da dor Banda rock Escritório 55 45 50 40 30 35 25 15 5 10 0 Biblioteca Quarto Parque Limiar da audição (dB) CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Entre 30 e 60 dB: Efeitos Fisiológicos do som - distúrbios psíquicos de irritação; - perda de atenção; -em alguns casos: diminuição e perda da libido e da potência sexual. CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Entre 60 e 90 dB: Efeitos Fisiológicos do som - reações neurovegetativas; - aceleração do ritmo cardíaco; - aumento da tensão arterial; - surgimento da fadiga. CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Acima de 90 dB os riscos são considerados críticos. Efeitos Fisiológicos do som A partir de 140 dB podem produzir surdez irreversível, ainda que de curta duração. CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Vamos Exercitar? CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Para responder (UNIRIO) Dois operários, A e B, estão parados no pátio de uma fábrica. Em certo instante, a sirene toca. O operário B ouve o som da sirene 1,5 s após o operário A tê-lo ouvido. Considerando a velocidade do som constante e de módulo 340 m/s, a distância, em metros, entre os dois operários é: CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Solução VSom tSom d 𝒗𝒔𝒐𝒎 𝒅 𝒅 = ⟹ 𝟑𝟒𝟎 = ∆𝒕𝒔𝒐𝒎 𝟏, 𝟓 𝒅 = 𝟓𝟏𝟎 𝒎 t Som 1,5 s DadosVSom 340m s d ? CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Extras VÍDEOS DO YOUTUBE O Mundo de Beakman - O Som, Beakmania e Explosões S01EP8 Parte 1 Link: http://www.youtube.com/watch?v=MoI_TL7C5cQ&feature=related De onde vem a onda. Link: http://www.youtube.com/watch?v=yR0bIInBHhc SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL Onda numa corda Link: http://phet.colorado.edu/sims/wave-on-a-string/wave-on-a-string_en.html Som Link: http://phet.colorado.edu/en/simulation/sound LABORATÓRIO VIRTUAL Feira de Ciências Link: http://www.feiradeciencias.com.br MÚSICA Como uma onda – Lulu Santos Link: http://letras.terra.com.br/lulu-santos/47132/ CURIOSIDADE Som e o corpo humano Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala10/10_51.asp EXPERIÊNCIAS/ EXPERIMENTOS Projete sua voz Link: http://www.feiradeciencias.com.br/sala10/10_54.asp CIÊNCIAS, 9º ANO Conceito de Onda e Som, destacando os aspectos físicos, biológicos e tecnológicos Bibliografia • BENIGNO, Barreto Filho; XAVIER, Cláudio da Silva. Física aula por aula. 1. ed. Vol. 02. São Paulo: Editora FTD, 2010. • GASPAR, Alberto. Compreendendo a Física. Vol. 02. São Paulo: Editora Ática, 2011. • GUALTER; HELOU; NEWTON. Física. Vol. 02. São Paulo: Editora Saraiva, 2011. • MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Curso de Física. 1. ed. Vol. 02. São Paulo: Editora Scipione, 2011. • <http://educar.sc.usp.br> Acesso em 23/05/2012. • <http://pt.wikipedia.org> Acesso em 23/05/2012. • <http://www.ciencia-cultura.com/Pagina_Fis> Acesso em 23/05/2012. • <http://www.coladaweb.com/fisica> Acesso em 23/05/2012. • <http://www.fisica.ufs.br> Acesso em 23/05/2012. • <http://www.fisicafacil.pro.br> Acesso em 23/05/2012. • <http://www.if.ufrj.br> Acesso em 23/05/2012. • <http://www.infoescola.com/fisica> Acesso em 23/05/2012. • <http://www.mundoeducacao.com.br> Acesso em 23/05/2012. • <http://www.sofisica.com.br/conteudos> Acesso em 23/05/2012. Tabela de Imagens n° do direito da imagem como está ao lado da foto slide 2a link do site onde se consegiu a informação Autor desconhecido / disponibilizado por Isis http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eco.jpg / Public domain. 2b Autor Scott Sanchez / Public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Red_Lights_ and_Sirens.jpg 4 Autor desconhecido / Disponibilizado por http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Arun_image M.arunprasad / GNU Free Documentation 30.jpg License 5.a Meanos / Creative Commons Attributionhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bend_guitar Share Alike 2.5 Generic .jpg 5.b Miguel303xm / Creative http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Circo_y_cim Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic a_de_Pe%C3%B1alara1.JPG 5.c Nevit Dilmen / GNU Free Documentation http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Medical_XLicense Ray_imaging_MPM06_nevit.jpg 6, 8a Autor CK-12 Foundation / Creative http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wave_in_a Commons Attribution-Share Alike 3.0 _rope.png Unported 7 Autor Philip Ronan / Creative http://commons.wikimedia.org/wiki/File:EM_spectru Commons Attribution-Share Alike 3.0 m_es.svg Unported 8b Autor Roger McLassus / GNU Free http://commons.wikimedia.org/wiki/File:2006-01Documentation Licens 14_Surface_waves.jpg?uselang=pt-br Data do Acesso 19/11/2012 19/11/2012 30/10/2012 30/10/2012 30/10/2012 30/10/2012 19/11/2012 19/11/2012 19/11/2012 Tabela de Imagens n° do direito da imagem como está ao lado da foto slide 9 link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Epicenter.gi 19/11/2012 f 11 AnselmoLacerda / GNU Free Documentation http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Onda.png 30/10/2012 License 14 Autor Barakitty / GNU Free Documentation http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diffraction_ License of_laser_beam_on_grating.JPG 15 Efeito de um filtro polarizador em uma http://en.wikipedia.org/wiki/File:CircularPolarizer.jpg 30/10/2012 fotografia. A Foto da direita utiliza o filtro / PiccoloNamek / GNU Free Documentation License 16 Autor Sakurambo / Public domain http://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=Fil 19/11/2012 e:Young_diffraction.svg&page=1 20 Wollschaf / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stimmgabel 30/10/2012 .jpg 21 Mike.lifeguard / GNU Free Documentation http://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=Fil 30/10/2012 License e:Anatomia_do_Ouvido_Humano.svg&page=1 24a (aranha) Autor johnny automatic / CC0 1.0 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Brown_spid 19/11/2012 Universal Public Domain Dedication er.svg 24b (orelha) Autor David Benbennick / GNU Free http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ear.jpg 19/11/2012 Documentation License Autor Dollynarak / Public domain. Tabela de Imagens n° do direito da imagem como está ao lado da foto slide 24c (morcego) Autor Ebaychatter0 / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication 29a Autor desconhecido / disponibilizado por Cralize / GNU Free Documentation License. 29b Autor desconhecido / disponibilizado por Cralize / GNU Free Documentation License. link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bat_icon.sv 19/11/2012 g?uselang=pt-br http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Onda_flaut 19/11/2012 a.png http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Onda_xilofo 19/11/2012 ne.png