Física I (FIS130)
(2011)
Aula 12 – Ondas e Vibrações
Prof. José Garcia Vivas Miranda
[email protected]
Capítulo 19 – Vibrações e Ondas
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
O que é uma vibração?
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
É tudo aquilo que vai para frente e para traz, ou
para um lado e outro, ou para cima e para baixo,
ou para dentro e fora, etc...
É uma oscilação em função do tempo!
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
O que é uma onda?
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
É uma oscilação em
função do tempo e do
espaço.
A luz e o som, são
vibrações que se
propagam no espaço
através de uma onda.
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Qual a diferença entre as
ondas de luz e do som?
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
As ondas sonoras
precisam de um meio
material para se
propagar, a luz não!!!
Se não há matéria não
há som!
Há luz apesar da
matéria!
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
A luz é uma vibração de campos elétrico e
magnético – vibração apenas de energia.
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
A forma mais simples de vibração que
podemos estudar é o pêndulo simples.
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Período de um pêndulo depende apenas do
seu comprimento e de g.
Não depende da massa.
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Pequenas diferenças no período podem ser
usada para detectar flutuações em g, como a
causada por alterações na densidade em
grandes volumes de massa.
Ex.: Petróleo
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Relação entre o período e o comprimento
de um pêndulo simples para pequenas
oscilações é:
L
T  2
g
Onde T=período e L = comprimento
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Descrição do MHS
CVMOB
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Descrição do MHS
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Descrição do MHS
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Descrição do MHS
frequência 
1
periodo
1 Hz = uma oscilação por segundo
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Qual a freqüência de vibração por segundo e
período de uma onda da radio 106.1 MHz?
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Descrição do MHS II
Comprimento de onda não é o mesmo que
período!
Comprimento de onda, , tem unidades de
distância.
Período, T, tem unidades de tempo.
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Em uma onda o que se propaga é a
perturbação e não matéria!!
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Rapidez de uma onda.
Se um trem com vagões de carga passa por
você a uma freqüência de 3 vagões por
segundo. Qual a velocidade do trem? (Cada
vagão tem 10 metros)
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Rapidez de uma onda.
A rapidez de uma onda é dada pela distância
entre cristas dividida pelo tempo:

v   
T
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Equação de onda.
Onda senoidal:
2


y ( x ,t )  A sen ( x vt ) 
 

Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Ondas longitudinais – Direção de
propagação = direção de oscilação.
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Ondas longitudinais – e o interior da Terra
Ondas:
S = Transversais (apenas em sólidos)
P = Longitudinais (Sólidos e fluidos)
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Princípio de Superposição
y( x ,t )  y 1( x ,t )  y 2( x ,t )
Reforço
Cancelamento
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Efeito Doppler
Quando a fonte emissora
está em movimento existe
uma quebra de simetria.
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Efeito Doppler
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Efeito Doppler e o Big bang.
Capítulo 19-Vibrações e Ondas
Ondas de choque
Capítulo 20 - SOM
O que é SOM?
Capítulo 20 - SOM
Natureza do SOM no Ar
Capítulo 20- SOM
Ondas longitudinais
Capítulo 20 - SOM
Quais meios transmitem SOM?
Capítulo 20 - SOM
Quais meios transmitem SOM?
R.: Qualquer meio elástico! Seja liquido,
gasoso, sólido ou plasma.
O que é elasticidade?
“Tudo que vai e volta”
Capítulo 20 - SOM
Quais meios NÃO transmitem SOM?
Capítulo 20 - SOM
Quais meios NÃO transmitem SOM?
R.: Qualquer meio INelástico! Seja
liquido, gasoso, sólido ou plasma.
O que é INelasticidade?
“Tudo que vai e NÃO volta”
Ex.: Massa de modelar, Massa de
vidraceiro.
Capítulo 20 - SOM
Quais meios NÃO transmitem SOM?
R.: Qualquer meio INelástico! Seja
liquido, gasoso, sólido ou plasma.
O que é INelasticidade?
“Tudo que vai e NÃO volta”
Capítulo 20 - SOM
Isolamento Acústico
Câmaras acústicas
Absorve a energia sonora.
A Frequência do Som
Ultra-sons: Sons com frequências
muito elevadas, superiores a 20000
Hz, que o ouvido humano não
consegue ouvir.
Sons audíveis: Para os seres humanos
- sons de frequência compreendida
entre os 20 Hz e os 20 000 Hz.
Infra-sons - sons de frequência de 0 a
20 Hz (não audíveis). Estes sons
provocam náuseas e perturbações
intestinais.
Características do Som
Os sons caracterizam-se através de 3 parâmetros:
•INTENSIDADE: Se considerarmos sons da mesma frequência,
então vemos que a intensidade de um som está relacionada
com a amplitude de vibração da onda sonora. Quanto maior a
amplitude, mais intenso é o som.
•ALTURA: É simplesmente a frequência da onda.
O agudo e o grave estão
relacionado com a freqüência.
•TIMBRE: Caracteriza sons mais complexos, constituídos por
vários harmônicos. É a característica que nos permite identificar
os diferentes instrumentos produtores de sons.
Diapasão
Flauta
Violino
Voz (letra a)
Clarineta
Música e Ruído
 Quando algum objeto vibra de forma
completamente desordenada, dizemos que o
som produzido por esta vibração é um
RUÍDO, como por exemplo o barulho de
uma explosão, um trovão e um vulcão em
erupção.
 A diferença entre os sons musicais e o
trovão é que nos instrumentos musicais
utilizamos apenas algumas dentre as inúmeras
freqüências possíveis, que foram estabelecidas
por convenção, constituíndo-se nas NOTAS
MUSICAIS.
Capítulo 20 - SOM
A velocidade do SOM
No ar: depende da temperatura e umidade. A
cada grau a velocidade aumenta 0.6m/s
No Sólido: depende da densidade.
velocidade
média do som
em diversos
materiais, em
m/s.
Capítulo 20 - SOM
Reflexão do SOM
Eco = Som refletido
A fração de energia refletida será maior quão
menor forem as irregularidades da superfície.
Ângulo de incidência será o mesmo de reflexão
Capítulo 20 - SOM
A que distância ocorre o eco?
Considere a faixa de percepção auditiva entre dois
sons de 0.1 segundo.
Capítulo 20 - SOM
A reverberação do SOM
Múltiplas reflexões do som podem se recombinar
com novas emissões sonoras.
Por outro lado caso seja totalmente absorvido o
som será abafado e sem vida.
Capítulo 20 - SOM
O equilíbrio entre reverberação e absorção é
essencial em um projeto acústico.
Capítulo 20 - SOM
A refração do SOM
As ondas sonoras fazem curvas quando partes
diferentes da frente de onde se propagam com
velocidades diferentes.
Capítulo 20 - SOM
A refração do SOM
Intensidade do Som
A intensidade do som é definida como a energia que a onda sonora
transporta por unidade de tempo por unidade de área.
Capítulo 20 - SOM
Intensidade das ondas sonoras
As ondas sonoras tem baixa energia.
P
I
A
P=potência da fonte emissora
A=Área
Um pessoa gritando pode chegar a 40W
A escala Decibel
O intervalo de intensidade a que o ser humano é sensível é muito
elevada, por este motivo, se adota uma escala logarítmica para as
intensidades do som.
Onde  representa o nível de intensidade sonora.
I0 é uma intensidade de referência, perto do limiar de audição
humana 1000 Hz.
O número 10 ajusta o fator para a variação mínima perceptível pelo
ouvido humano.
A escala Decibel
A escala Decibel
Frequências Naturais e
Ressonância
Batendo-se numa das hastes do diapasão, as duas vibram com
determinada frequência (normalmente, 440Hz). Essa é a
frequência natural (ou própria) do diapasão.
diapasão
Todos os corpos possuem uma frequência própria (prédio,
ponte, copo, etc.).
Exemplo de Ressonância
A ponte de Tacoma Narrows entrou em ressonância,
provocada pela vibração dos cabos metálicos existentes em
sua estrutura. Suas amplitudes de oscilação aumentaram a
ponto de provocar sua ruína.