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Acústica e seus Conceitos Fundamentais

Acústica e seus Conceitos Fundamentais

Este Resumo Teórico é a primeira parte de Acústica dentro do tema Ondulatória.

1. Definições:

a) Acústica:

É a parte de ondulatória responsável pelo estudo específico das ondas sonoras.

b) Ondas sonoras:

Onda mecânica longitudinal (necessita de um meio para se propagar) que se propaga em todas as direções (tridimensional).

2. Conceitos fundamentais da acústica:

a) Velocidade de propagação do som nos meios materiais:

A velocidade de propagação do som é diferente para os diversos estados da matéria. O som encontra mais facilidade para se propagar quanto mais proximidade há entre os átomos ou moléculas que compõem um corpo. Sendo assim, pode-se dizer que a velocidade com que o som se propaga nos meios sólidos é maior do que nos meios líquidos, e a velocidade de propagação nos meios líquidos é maior do que nos meios gasosos.

Resumidamente, tem-se:

Vsom,sólidos > Vsom,líquidos > Vsom,gasosos

b) Espectro sonoro:

Cada animal possui um espectro sonoro diferente, isso significa que pode existir determinadas frequências que um animal pode ser escutar e outro não.

Para o nosso cotidiano o especto sonoro mais importantes para termos conhecimento é o Espectro Sonoro do Ser Humano, o qual é apresentado na figura a seguir:

Espectro Sonoro do Ser Humano

Espectro Sonoro do Ser Humano

A figura acima mostra que o ser humano não consegue escutar sons inferiores a uma frequência de 20 Hz (infra-sons) e também não escuta sons superiores a 20.000 Hz (ultra-sons).

3. Qualidades do som:

a) Altura Sonora:

Qualidade do som relacionada com a FREQUÊNCIA.

Exemplo:

Altura do Som - Comparação entre frequências

Altura do Som – Comparação entre frequências

b) Intensidade Sonora ou Volume:

Qualidade do som relacionada à AMPLITUDE da onda.

A Intensidade Sonora é calculada utilizando a seguinte equação:

\large I=\frac{P_{fonte}}{4\cdot \pi \cdot r^{2}}

Onde:

Pfonte = potência da fonte sonora que gerou o som

r = distância da fonte até o ponto em que deseja saber a intensidade sonora

As unidades de medidas no SI são:

[I] = W/m2

[Pfonte] = W

[r] = m

Exemplo:

Intensidade Sonora - Comparação entre amplitudes

Intensidade Sonora – Comparação entre amplitudes

c) Timbre:

Qualidade do som relacionada à FORMA DA ONDA.

Exemplo:

Timbre - Comparação entre formas de onda

Timbre – Comparação entre formas de onda

d) Observação sobre Altura e Intensidade:

No cotidiano é comum utilizarmos os termos “Abaixar o Som” e “Aumentar o Som” quando queremos alterar a intensidade sonora de algo, no entanto fisicamente estes termos estão errados. Isso porque ao dizer que gostaríamos de abaixar ou aumentar o som estamos dizendo que gostaríamos de alterar a frequência do som, o que não corresponde à alteração da amplitude da onda (intensidade sonora).

Esse equívoco acontece porque ocultamos a palavra “volume” que iria especificar a ação que desejaríamos que ocorresse. Deste modo o correto seria falarmos “Abaixar o volume do som” ou “Aumentar o volume do som”.

4. Nível de intensidade sonora:

É a medida da percepção auditiva do ser humano.

O nível de intensidade sonora é determinado pela seguinte equação:

\large N=10\cdot \log \left ( \frac{I}{I_{0}} \right )

Onde:

N = Nível de Intensidade Sonora

I = Intensidade do som em questão

I0 = Intensidade do som de referência = 10-12 W/m2

A unidade de medida no SI é o bel, cujo símbolo é um B ou β. No entanto, no cotidiano é mais comum utilizarmos uma sub unidade do bel, o dB (decibel) que é o mesmo que 10-1 B. Na equação acima, a unidade de N já é dB, pois a conversão de unidade já está embutida na equação.

5. Exercício de Aplicação:

(Unesp 2018 – Questão 81) Define-se a intensidade de uma onda (I) como potência transmitida por unidade de área disposta perpendicularmente à direção de propagação da onda. Porém, essa definição não é adequada para medir nossa percepção de sons, pois nosso sistema auditivo não responde de forma linear à intensidade das ondas incidentes, mas de forma logarítmica. Define-se, então, nível sonoro (β) como , sendo β dado em decibels (dB) e I0 = 1012 W/m2.

Supondo que uma pessoa, posicionada de forma que a área de 6,0 . 105 m2 de um de seus tímpanos esteja perpendicular à direção de propagação da onda, ouça um som contínuo de nível sonoro igual a 60 dB durante 5,0 s, a quantidade de energia que atingiu seu tímpano nesse intervalo de tempo foi

A) 1,8 . 1014

B) 3,0 . 1010

C) 1,8 . 108

D) 3,0 . 1012

E) 6,0 . 109

Para obter a resposta desta questão clique aqui e acesse o Gabarito Oficial disponibilizado pela Vunesp (procure a resposta da questão 81).

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Professor de Física desde 2008, quando ainda cursava Engenharia Civil na Escola Politécnica da USP, vindo a graduar neste curso em 2013 e posteriormente fazer licenciatura em Física. Lecionou em renomados cursinhos de São Paulo e de São José dos Campos, sendo responsável por várias aprovações em cursos concorridos no Brasil. Ao longo dos 10 anos de carreira passou a acompanhar as mudanças nos vestibulares das estaduais paulistas (Fuvest, Unicamp, Unesp, Famema e Famerp) e no ENEM sendo grande conhecedor de tais concursos. Atualmente é professor de física em todos os anos do Ensino Médio e professor do Kuadro.

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