Projectos sobre o Som e a Luz

Audição

Instrumentos Musicais

Poluição Sonora

Espectro Sonoro

Aplicações do Som



1 - Como se produz o som?


O som é produzido pela vibração de materiais sólidos, líquidos e gasosos.
Os materiais vibram quando se agitam de um lado para o outro.
Os materiais que produzem o som são fontes sonoras ou emissores.


2 - Como se transmite o som?


O som transmite-se (propaga-se ou espalha-se) em todas as direcções, através de materiais sólidos, líquidos e gasosos, na forma de ondas sonoras.
Quando um material vibra, choca com as partículas que estão à sua volta e provoca a sua vibração. Estas partículas aproximam-se e afastam-se umas das outras, transmitindo por contacto (pressão) as vibrações para as outras partículas do material.
O som não se transmite no vazio (vácuo), porque não existem partículas para transmitir as vibrações. Não há som na Lua e no espaço vazio entre os planetas e as estrelas, porque não existe uma atmosfera com gases para transmitir as vibrações.



3 - Como se detecta o som?


O som detecta-se através de instrumentos (por ex., microfone, sonómetro e sonar), do ouvido e de células sensoriais dos seres vivos.
Os materiais que detectam o som são receptores sonoros.
Os receptores recebem as vibrações e vibram também.


4 - O que é uma onda sonora?


Uma onda sonora é um movimento ondulatório que se transmite através de materiais sólidos, líquidos e gasosos.
A onda sonora forma-se devido à vibração das partículas, que provocam alterações da pressão entre elas.
Pode dizer-se que é uma onda de pressão.
A representação de uma onda (ver figuras em baixo) significa que as partículas aproximam-se em cima e afastam-se em baixo.



5 - Quais são as características das ondas sonoras?


As características das ondas sonoras são o comprimento de onda, a frequência, o período e a amplitude.

O comprimento de onda é a distância entre dois pontos iguais da onda, que formam uma vibração completa (que estão mais próximos). Representa-se por um lambda (λ) e a unidade de medida é o metro. Utiliza-se muito o submúltiplo nanómetro (1 nm = 10-9 m ou 0,000000001 m)

A frequência é o número de vibrações que ocorrem durante um segundo. Representa-se por um " f " e a unidade de medida é o Hertz (Hz). Utilizam-se muito os múltiplos do Hz:
  • kilohertz (kHz) = 103 Hz ou 1.000 Hz;
  • megahertz (MHz) = 106 Hz ou 1.000.000 Hz (um milhão);
  • gigahertz (GHz) = 109 Hz ou 1.000.000.000 Hz (mil milhões)

NOTA: o número de zeros para a direita ou para a esquerda é sempre igual ao expoente.

O período é o tempo correspondente a uma vibração completa. Representa-se por um " T " e a unidade de medida é o segundo.

A amplitude é a distância entre o ponto mais alto ou mais baixo da onda e o ponto intermédio. Representa-se por um " A " e a unidade de medida é o metro.


O osciloscópio é um aparelho electrónico que serve para ver e medir as características das ondas sonoras (comprimento de onda, frequência e amplitude). Funciona com um microfone que é o receptor do som. O som é transformado num sinal eléctrico, que depois se transforma num sinal luminoso visível num ecrã.



6 - Quais são as características do som?


As características do som são a altura, a intensidade e o timbre.

A altura é a característica que permite distinguir se um som é agudo (alto) ou grave (baixo). Um som agudo possui ondas sonoras com uma frequência maior. Um som grave possui ondas sonoras com uma frequência menor.

A intensidade é a característica que permite distinguir se um som é forte (mais intenso) ou fraco (menos intenso). Um som forte possui ondas sonoras com maior amplitude e com mais energia. Um som fraco possui ondas sonoras com menor amplitude e com menos energia.
A intensidade do som diminui (o som fica mais fraco) à medida que se transmite, porque a sua energia é absorvida pelos materiais. Um som forte pode ser ouvido a uma distância maior, porque possui mais energia.

Não se deve confundir a intensidade com a altura do som: um som forte pode ser agudo (alto) ou grave (baixo); um som agudo (alto) pode ser forte ou fraco.

........................Altura.......................|.................Intensidade
Agudo
Grave
Forte
Fraco
Alto
Baixo
Mais intenso
Menos intenso
Frequência maior .
Frequência menor .
Amplitude maior .
Amplitude menor


Mais energia
Menos energia

O timbre é a característica que permite distinguir sons diferentes com a mesma altura e intensidade.
Por exemplo, a mesma nota musical, produzida por instrumentos diferentes, possui um timbre diferente, porque cada instrumento produz uma mistura de ondas diferente para a mesma nota musical.
Os sons que correspondem a uma mistura de ondas com frequências diferentes chamam-se sons complexos. Neste caso, existe uma frequência mínima chamada som fundamental e as outras frequências maiores são os sons harmónicos.
Os sons que correspondem a uma onda só com uma frequência chamam-se sons simples (puros). Estes sons são produzidos pelo diapasão e por cristais.



7 - Qual é a velocidade do som?


A velocidade do som varia com o tipo de material e com a temperatura.
A velocidade é maior nos sólidos e menor nos gases. Existem algumas excepções, como a borracha, em que a velocidade do som é muito pequena, apesar de ser um sólido.
A velocidade é maior quando a temperatura aumenta. Isto acontece porque as partículas ficam com mais energia, agitam-se mais e chocam mais facilmente, transmitindo assim as vibrações rapidamente.
A velocidade do som no ar a 20 ºC é de 343 m/s.

Calvin_Velocidade_Som.png



8 - Como se calcula a distância a que se encontra uma trovoada?


A distância a que se encontra uma trovoada calcula-se determinando o tempo entre o relâmpago (faísca) e o trovão (som),
e multiplicando este valor pela velocidade do som no ar (343 m/s ou 1235 km/h, a 20 ºC).

Pode-se utilizar a seguinte fórmula: d = v x t
  • d = distância (m)
  • v = velocidade (m/s)
  • t = tempo (s)

Ex:
Sabendo que o som de um trovão demorou 3s para se ouvir, determina a distância a que se encontra a trovoada.
Sabendo que uma trovoada se encontra a 5 km de distância e que o som do trovão demorou 1 min para se ouvir, determina a velocidade do som no ar. Neste caso a velocidade é de 83 m/s, pelo que a temperatura do ar será menor que 20 ºC, porque a velocidade é menor que 343 m/s.


9 - O que acontece quando o som encontra um obstáculo?


Quando o som encontra um obstáculo pode ser reflectido, absorvido ou refractado.

O som é reflectido (sofre a reflexão) quando as ondas sonoras encontram um obstáculo e voltam para trás.
Se o obstáculo for plano, o som reflecte-se de acordo com a lei da reflexão: o ângulo de incidência (ângulo entre a onda sonora e o obstáculo) é igual ao ângulo de reflexão (ângulo entre a onda sonora que volta para trás e o obstáculo).
Se o obstáculo for rugoso, ocorre reflexão mas não é de acordo com a lei da reflexão.
A reflexão é responsável pelo eco. O eco é um som repetido que se pode ouvir quando o som emitido demora 0,1 s ou mais tempo até chegar ao ouvido. Isto acontece quando o obstáculo está pelo menos a 17 m de distância do emissor. Quando a distância é menor não existe eco, porque o som demora menos de 0,1 s até chegar ao ouvido, o qual não consegue distinguir o som reflectido do som emitido.

Por que é que o obstáculo tem de estar pelo menos a 17 m de distância do emissor?

d = v x t
d = 343 m/s x 0,1 s
d = 34,3 m
d = 34 m

Como 0,1 s é o tempo mínimo de ida e volta do som, 34 m também é a distância mínima de ida e volta. Assim, o obstáculo tem de estar pelo menos a metade da distância de ida e volta, que é 17 m.


O som é absorvido (sofre a absorção) quando a sua energia é transferida para o obstáculo.
O som é muito absorvido pelas superfícies macias.
Quando o som é muito absorvido, a reflexão e o eco diminuem.
A absorção do som é importante quando queremos isolar uma zona, para evitar a entrada ou a saída do som. Neste caso, utilizam-se materiais que são bons isoladores sonoros, porque são sólidos macios que não transmitem facilmente as vibrações (por ex., a lã, algodão, cortiça, esferovite, papel, borracha e tecidos). Os metais, o vidro e o cimento são materiais maus isoladores sonoros, porque são sólidos muito duros que transmitem facilmente as vibrações.
A absorção do som também é importante para se evitar a reflexão do som, quando se pretende ouvir com nitidez (por ex., em salas de espectáculos).

A reflexão também provoca a reverberação que acontece quando o som é reflectido muitas vezes antes de se extinguir por completo. O som desaparece porque a sua intensidade (energia) diminui ao ser absorvido durante a reflexão.

A ressonância acontece quando o som provoca a vibração de outro material, que origina um novo som com maior amplitude. A ressonância é importante para aumentar a energia do som (aumentar a amplitude da onda sonora ou amplificar o som), utilizando-se para isso caixas de ressonância nos instrumentos musicais (por ex., caixa da viola, dos violinos e do xilofone) e nas colunas de música.

A ressonância é importante nos edifícios e nas pontes, já que começam a oscilar e a ondular, podendo-se partir, devido à acção de um sismo, do vento ou de um exército de soldados a marchar por cima da ponte. Para diminuir o efeito da ressonância sobre um edifício ou uma ponte, pode-se construir amortecedores para interromper as vibrações e placas que se movimentem sem quebrar.


Curiosidades:
Diz-se que um exército de Napoleão marchou sobre uma ponte que entrou em ressonância, oscilando com grande amplitude e caindo. A partir deste desastre os soldados passaram a desacertar o passo à entrada das pontes.
Na cidade de Tacoma (Washington, EUA), no dia 7 De Novembro de 1940, uma ponte suspensa oscilou muito e caiu, por ter entrado em ressonância devido a vibrações provocadas pelo vento (fotos e vídeos do desastre; vídeos no YouTube .
Em 2000 a ponte Millennium Bridge (ver a seção “Challenge” do site), em Londres, entrou em ressonância quando as pessoas sincronizavam os seus passos. A ponte teve que ser fechada ao público para obras, de modo a alterar a sua frequência natural de ressonância.
Explora uma simulação que permite alterar a frequência da vibração e observar os resultados.


10 - O que é o espectro sonoro?


O espectro sonoro é o conjunto de todos os sons:
  • Infra-sons;
  • Sons audíveis;
  • Ultra-sons.

11 - Quais são as frequências e os comprimentos de onda das ondas sonoras?


As ondas sonoras dos infra-sons possuem uma frequência inferior a 20 Hz.
As ondas sonoras dos sons audíveis possuem uma frequência entre 20 Hz e 20.000 Hz.
As ondas sonoras dos ultra-sons possuem uma frequência superior a 20.000 Hz.

Os infra-sons são os sons que possuem uma frequência menor e um comprimento de onda maior.
Os ultra-sons são os sons que possuem uma frequência maior e um comprimento de onda menor.


12 - Quais são os sons produzidos e detectados pelos seres vivos?


O ser humano só consegue detectar os sons audíveis.
Alguns animais detectam infra-sons (por ex., aranhas e elefantes) e ultra-sons (por ex., cães, gatos, moscas, morcegos e golfinhos).

O ser humano e muitos animais ouvem mais frequências do que aquelas que produzem:
O ser humano ouve sons com frequências entre 20 e 20.000 Hz, mas só produz sons com frequências entre 85 e 1.100 Hz;
Os cães e os gatos ouvem ultra-sons, mas só produzem sons audíveis.

NOTA:
Os tremores de terra produzem infra-sons, devido às vibrações das placas tectónicas.