O que você deve saber sobre
ACÚSTICA
O aparelho auditivo humano é capaz de distinguir um amplo
espectro de frequências e captar sons de intensidade muito variada.
Porém, a vida em grandes centros urbanos e o uso inadequado de
aparelhos portáteis de som têm provocado um crescente
contingente de indivíduos com problemas permanentes de audição.
Vamos revisar o efeito Doppler, que é muito importante para a
cosmologia – pois sugere a expansão do universo a partir de um
único evento (big bang) – e tem ampla aplicação na medicina.
I. Ondas sonoras
São ondas mecânicas, ou seja, que necessitam de um meio para se
propagar. Devido à sua natureza longitudinal, ocorrem zonas
alternadas de compressão e de rarefação das moléculas do meio.
ACÚSTICA
II. Propriedades fisiológicas do som
• Altura: está relacionada à frequência do som.
• Intensidade (I): é definida como a razão entre a potência P de uma
onda sonora e a área A atravessada por ela:
ACÚSTICA
II. Propriedades fisiológicas do som
• Menor intensidade captada por uma orelha
humana normal (limiar de audibilidade):
I0 = 1 . 10-12 W/m2.
• Intensidade máxima suportável (limiar de
dor): I = 1 W/m2. O logaritmo da razão
entre duas intensidades I e I0 é conhecido
como nível sonoro. Na escala mais comum, o
decibel (dB), temos:
Níveis sonoros
exemplificados por
ruídos do cotidiano
ACÚSTICA
II. Propriedades fisiológicas do som
Timbre: permite diferenciar o emissor de um som, mesmo que
diversas fontes emitam simultaneamente sons de mesma altura
e intensidade.
Os timbres dos vários
instrumentos e da voz
humana são diferentes
porque são constituídos
por misturas
de frequências.
ACÚSTICA
III. Fenômenos ondulatórios
Reflexão do som
O cérebro humano tem persistência acústica de cerca de 0,1 s: se
dois sons chegarem à orelha num intervalo de tempo menor que
esse, a pessoa não será capaz de distingui-los. O som refletido é
chamado de:
• eco: o tempo de reflexão é superior a 0,1 s. O indivíduo ouve o
som emitido e o som refletido separadamente.
• reverberação: o tempo é ligeiramente inferior a 0,1 s. A sensação
do som emitido está começando a desaparecer quando ele é
reforçado pelo som refletido. O indivíduo interpreta o som original
como tendo duração ampliada.
• reforço: o tempo é bem inferior a 0,1 s. O organismo não distingue
os sons, interpretando-os como um som único, de intensidade maior.
ACÚSTICA
III. Fenômenos ondulatórios
Difração do som
 O som consegue contornar uma abertura (ou obstáculo), desde
que as dimensões dessa abertura sejam próximas do
comprimento da onda sonora.
 No ar, respeitando-se o espectro de frequências audíveis, essas
dimensões situam-se entre 1,7 cm e 17 m.
ACÚSTICA
III. Fenômenos ondulatórios
Interferência sonora
Ocorre quando duas ondas sonoras se
superpõem. Se têm mesma amplitude e
frequências muito próximas, ocorre o
chamado batimento.
As ondas vermelhas e azuis têm amplitude e
frequências muito próximas. Quando combinadas,
geram as ondas em magenta, que batem ou pulsam.
Observe as regiões de interferência destrutiva, em que
a amplitude é praticamente zero, e as regiões de
interferência construtiva, com uma amplitude que é
praticamente o dobro da inicial.
A frequência da onda resultante do batimento
depende das frequências das ondas originais:
ACÚSTICA
III. Fenômenos ondulatórios
Ressonância
LEVENT KONUK/SHUTTERSTOCK
Toda fonte oscilante possui uma frequência de vibração natural
(ou própria). Se essa fonte receber estímulos de frequência
similar à natural, a amplitude de vibração pode aumentar, o que
caracteriza a ressonância. Se o aumento for drástico, o material
pode se romper.
ACÚSTICA
IV. Cordas vibrantes
Ondas estacionárias
Se aplicarmos um pulso numa
corda fixa nas duas extremidades,
a onda se propaga em ambas as
direções, se reflete e retorna,
provocando interferência.
As ondas estacionárias apresentam
uma forma característica em gomo.
São infinitos harmônicos, e cada um
apresenta um gomo a mais que
o harmônico precedente.
Para o n-ésimo modo de vibração,
valem as expressões:
ACÚSTICA
Ondas
Clique na imagem para ver a animação.
ACÚSTICA
V. Efeito Doppler
Fenômeno segundo o qual a frequência do som ouvida pelo observador é
diferente da emitida pela fonte, devido ao movimento relativo entre eles.
A frequência percebida pelo observador muda porque as frentes de onda se aproximam na
direção do movimento. Ela obedece à seguinte expressão:
ACÚSTICA
V. Efeito Doppler
Tubos sonoros
Num tubo aberto, todos os harmônicos são possíveis, e as expressões deles
são totalmente análogas às usadas nas cordas vibrantes e definidas por:
ACÚSTICA
V. Efeito Doppler
Tubos sonoros
A variável i assume valores da sequência dos números ímpares {1,3,5,...}
ACÚSTICA
Em tubos fechados,
apenas os harmônicos
ímpares são permitidos.
No caso deles, vale a
relação:
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
1
(UFPR)
Identifique uma propriedade característica do som dentre as propostas
a seguir:
a) propaga-se no vácuo com a mesma velocidade que a luz.
b) tem velocidade de 340 m/s, qualquer que seja o meio.
c) tem o mesmo comprimento de onda, qualquer que seja o meio.
d) necessita de um meio material para se propagar.
e) não se propaga no ar.
RESPOSTA: D
O som é uma onda mecânica e, portanto, necessita de um meio
material para se propagar (por exemplo, o ar).
ACÚSTICA – NO VESTIBULAR
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
2
(PUC-SP)
O ouvido humano é capaz de perceber som, isto é, ondas mecânicas de frequências entre 20 Hz e 20.000 Hz. Entretanto, sabe-se
que alguns animais são capazes de perceber som em frequências acima de 20.000 Hz. Os cães, por exemplo, detectam sons de
até 50.000 Hz.
Nota: A nomenclatura atual sugere que se use o termo orelha em vez de ouvido.
Desta forma, se um apito produzir ondas mecânicas no ar, de
comprimento igual a 10 mm, quem as ouve? (Uma pessoa ou um cão?)
Adote vsom = 340 m/s.
RESPOSTA:
Sabendo que x = 10 mm = 0,01 m, pela equação fundamental
da ondulatória temos:
v = λf  340 = 0,01 . f
f = 34.000 Hz
Como f > 20.000 Hz, o ser humano não é capaz de ouvir esse
som. Mas como f < 50.000 Hz, os cães o ouvem.
ACÚSTICA – NO VESTIBULAR
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
5
(Fuvest-SP)
Uma corda de violão tem 0,60 m de comprimento. Os três maiores comprimentos de onda que geram onda estacionária nesta
corda são respectivamente:
a) 1,20 m; 0,60 m e 0,40 m.
b) 1,20 m; 0,60 m e 0,30 m.
c) 0,60 m; 0,30 m e 0,20 m.
d) 0,60 m; 0,30 m e 0,15 m.
e) 0,60 m; 0,20 m e 0,12 m.
RESPOSTA: A
ACÚSTICA – NO VESTIBULAR
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
8
(UFPR)
Uma das extremidades de um fio está presa a um diapasão elétrico, e a outra extremidade está presa a um peso de 3 N, que
mantém o fio esticado. Quando o diapasão vibra com uma determinada frequência constante, o fio apresenta a configuração do
3º harmônico, como mostra o esquema a seguir:
Sabendo-se que o comprimento do fio vibrante é  = 1,0 m e que sua
densidade linear é μ = 3,0 ∙ 10-4 kg/m, deduzimos que a frequência do
diapasão, nestas circunstâncias, é de:
a) 50 Hz.
RESPOSTA: E
b) 75 Hz.
c) 100 Hz.
d) 125 Hz.
e) 150 Hz.
ACÚSTICA – NO VESTIBULAR
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
14
(FEI-SP)
Uma fonte sonora, em repouso, emite som com frequência de 1.000 Hz, no ar.
Para que uma pessoa perceba esse som com uma frequência de 1.200
Hz, ela deve aproximar-se da fonte com uma velocidade, em m/s,
igual a:
a) 34.
b) 68.
c) 170.
d) 340.
e) 408.
Dado: velocidade do som no ar = 340 m/s.
RESPOSTA: B
ACÚSTICA – NO VESTIBULAR