CFQ - Produção e transmissão do 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.

O som transmite-se (propaga-se ou espalha-se) em todas as direções, 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.

O som deteta-se através de instrumentos (por ex., microfone, sonómetro e sonar), do ouvido e de células sensoriais dos seres vivos.

Os materiais que detetam o som são recetores sonoros.

Os recetores recebem as vibrações e vibram também.

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. As partículas vibram na mesma direção de propagação da onda sonora.

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. 

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). 

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 ". A unidade de medida depende da grandeza física.

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

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). A intensidade do som depende da amplitude de vibração da fonte sonora. 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 e à medida que nos vamos afastando da fonte sonora, 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.

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 exceções, 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.

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.

d = v x t = 343 x 3 = 1029 m

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.

Quando o som encontra um obstáculo pode ser refletido, absorvido ou refratado.

O som é refletido (sofre a reflexão) quando as ondas sonoras encontram um obstáculo e voltam para trás.

Se o obstáculo for plano, o som reflete-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 (o ouvido só consegue distinguir sons que cheguem com um intervalo de tempo igual ou superior a 0,1 s). 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 refletido 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.

O espectro sonoro é o conjunto de todos os sons:

Infrassons; As ondas sonoras dos infrassons possuem uma frequência inferior a 20 Hz.

Sons audíveis; As ondas sonoras dos sons audíveis possuem uma frequência entre 20 Hz e 20.000 Hz.

Ultrassons. As ondas sonoras dos ultrassons possuem uma frequência superior a 20.000 Hz.

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

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

O ser humano só consegue detetar os sons audíveis.

Alguns animais detetam infrassons (por ex., aranhas e elefantes) e ultrassons (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 ultrassons, mas só produzem sons audíveis.

O nível sonoro (nível de intensidade sonora) é o valor da intensidade do som.

Mede-se com um sonómetro e a unidade de medida é o decibel (dB).

O nível sonoro mínimo de audição (limite mínimo de audibilidade ou limiar de audição) é o valor do nível sonoro abaixo do qual não se consegue ouvir o som. Este valor varia com a frequência, sendo de 0 dB para frequências entre 500 e 1.000 Hz.

Existe poluição sonora quando o som se torna incomodativo ou prejudicial para as pessoas ou animais, por ser muito intenso e por ter uma longa duração. Estes sons chamam-se ruído (noise em inglês) e podem ter um nível sonoro superior a 50 dB:

50 a 80 dB – nível sonoro incomodativo;

80 aos 100 dB – nível sonoro fatigante;

100 aos 120 dB – nível sonoro perigoso;

120 aos 160 dB - nível sonoro doloroso.

Um nível sonoro fatigante torna-se perigoso e doloroso, se ouvirmos esses sons durante mais de 8 horas.

O ouvido humano divide-se em três partes:

Ouvido externo;

Ouvido médio;

Ouvido interno.

O ouvido externo é constituído pelo pavilhão auricular (orelha) e pelo canal auditivo.

O ouvido médio é constituído pelo tímpano, martelo, bigorna e pelo estribo.

O ouvido interno é constituído pela janela oval e pela cóclea (caracol).