Telecurso 2000. Física Completo. - 30

Telecurso 2000. Física Completo. - 30

(Parte 1 de 2)

30 AULA

Após o passeio pela praia, Maristela e Ernesto voltaram para casa. Tomaram um banho e esperaram os amigos que iam chegar. O Sol jÆ estava se pondo quando eles finalmente apareceram.

Eram dois seresteiros: Nelson tocava violªo e Nestor tocava flauta. Nªo perderam tempo: prepararam um refresco e começaram a tocar. Tocaram vÆrias cançıes, atØ bem tarde: afinal, estavam de fØrias!

e curioso, quis saber mais sobre o som e sobre aqueles instrumentosComo se

Como nªo podia deixar de ser, Ernesto, que Ø um garoto muito interessado produzia um som, ele jÆ sabia.

-Basta bater um material no outro. Por exemplo, bater uma colher numa panela, deixar cair um jornal no chªo. Ou bater uma porta. O indesejÆvel pino metÆlico do despertador bate nas campânulas, nos tirando de manhª cedo do sono gostoso! Às vezes a bola de futebol atinge uma vidraça e Ø aquele barulhªo, sem contar a gritaria do dono furioso da vidraça!

-O mesmo acontece quando vibramos a corda de um violªo! - completou Nelson. -E o que todos esses exemplos tŒm em comum? - indagou Nestor.

-É que todos esses materiais sªo duros- arriscou Ernesto.
-É verdadeEntªo, o que eles tŒm em comum deve ser o fato de que todos

-Nem todos eles. A corda do violªo, por exemplo, Ø feita de um material bem flexível! - observou Nelson, como quem conhece bem o seu instrumento. - AliÆs, podemos deixar a corda mais esticada ou menos esticada, e isso determina que tipo de som serÆ produzido quando a corda vibrar. vibram de alguma maneira. E, ao vibrar, produzem sons! - concluiu Ernesto.

O que Ø som?

HÆ mais de dois sØculos a questªo do som vem agitando o homem. No sØculo

XVIII, algumas pessoas definiam o som como uma sensaçªo, e diziam que, portanto, para existir, o som precisaria de um ouvinte, de alguØm para escutÆ- lo. Quem defendia essa idØia eram os filósofos da Øpoca.

Os físicos, por outro lado, combatiam essa idØia, pois acreditavam que o som existia mesmo quando nªo havia ninguØm para ouvi-lo. Mas o que Ø o som?

Um papinho, um violªo e a bendita construçªo!

A U L A 30

Figura 1

AULAVocŒ jÆ sabe que toda matØria no Universo Ø formada por Ætomos que se agrupam, formando molØculas. JÆ sabe tambØm que as molØculas estªo em constante movimento.

Ao bater com uma colher na superfície de uma panela, como no exemplo de

Ernesto, estamos fornecendo energia para as molØculas do metal. Conseqüentemente, elas vibram mais intensamente (Figura 2). Uma vez que as molØculas do material estªo ligadas umas às outras, essa vibraçªo Ø transmitida de uma molØcula à outra, atravessando assim o material. E isso nada mais Ø do que o som: uma vibraçªo que se propaga num meio material.

Isso nos faz lembrar as ondas que estudamos na aula passada. SerÆ que o som Ø uma onda?

Antes de responder a essa pergunta, vamos pensar na questªo dos filósofos do sØculo XVIII, isto Ø, a sensaçªo sonora que Ø a sensaçªo que nos fornece o ouvido, órgªo responsÆvel pela audiçªo, quando ouvimos um som.

Quando Cristiana diz: Desligue a TV e venha para a mesa que a sopa vai esfriar , aquelas palavras, isto Ø, aqueles sons, produzidos por suas cordas vocais, atravessaram o ar atØ atingir os ouvidos de Ernesto (Figura 3). Aí estÆ uma dica importante: o ar.

Ao vibrar, as cordas vocais transmitem essa vibraçªo às molØculas de ar que estªo em contato com elas. Essa vibraçªo Ø transmitida, de molØcula em molØcula, atØ atingir o nosso ouvido. O que acontece depois disso sªo vÆrios processos que nªo iremos estudar neste curso. Basta saber que essas vibraçıes sªo transmitidas e interpretadas pelo cØrebro, de modo que Ernesto capta a mensagem e vai sentar à mesa para tomar a sopa quentinha!

Nosso objetivo aqui Ø descrever o som fisicamente e estudar algumas grandezas que o caracterizam.

Um verdadeiro empurra-empurra

VocŒ jÆ deve ter tido a experiŒncia de entrar num ambiente lotado de gente (um estÆdio, uma feira etc.). Imagine que as pessoas sªo molØculas. De repente, alguØm começa a empurrar. A pessoa que estÆ à frente empurra a seguinte, a seguinte empurra a outra e assim por diante: Ø aquele empurra-empurra. Uma pessoa pressionando a outra.

violªo, o metal de uma panelaMesmo que nªo se possam ser observadas, as

É isso o que ocorre com as molØculas de ar. A figura ao lado mostra, esquematicamente, o que acontece quando vibramos um material - neste caso, uma rØgua (Figura 4). Poderia ser a corda de um vibraçıes realmente ocorrem!

Quando a rØgua vibra, provoca o deslocamento das molØculas de ar que estªo ao seu redor: elas vªo para a frente e para trÆs, seguindo o movimento da rØgua.

Observe que existem regiıes em que hÆ um acœmulo de molØculas e outras regiıes nas quais hÆ um nœmero menor de molØculas. Isso ocorre porque, quando a rØgua vai para o lado, ela empurra as molØculas, aumentando a densidade de molØculas. Portanto, a pressªo fica maior.

Figura 2

Figura 3 Figura 4

AULAA rØgua retorna à posiçªo inicial, mas nem todas as molØculas voltam. Assim, surge uma regiªo em que hÆ menor nœmero de molØculas, menor densidade do ar e menor pressªo. A Figura 4 ilustra essas situaçıes.

Nas regiıes em que o ar estÆ mais denso e a pressªo Ø maior, dizemos que ocorre compressªo (ar comprimido). Nas Æreas em que o ar estÆ menos denso e a pressªo Ø menor dizemos que ocorre rarefaçªo (ar rarefeito).

Como as vibraçıes da rØgua se repetem, o processo de compressªo e rarefaçªo do ar tambØm se repete, propagando-se de um ponto a outro. Podemos dizer assim que as compressıes e rarefaçıes do ar se propagam como ondas.

Observe que as molØculas de ar (meio) se deslocam na mesma direçªo em que a onda se desloca, isto Ø, ao longo da onda. Esse tipo de onda recebe o nome de onda longitudinal. Portanto, numa onda longitudinal, os pontos do meio se deslocam na mesma direçªo de propagaçªo da onda e o som Ø uma onda longitudinal.

A velocidade do som

JÆ estava ficando meio tarde. -A noite estÆ muito agradÆvel, mas nós precisamos ir embora para pegar o trem das onze e meia - disse Nelson.

Antes de sair, Nestor lembrou-se de uma cena que vira num filme de TV. Era um filme de bangue-bangue, com muitos bandidos, mocinhos, tiros para todos os lados, cavalos e coisas assim. Ele se lembrou de uma cena, em especial, que o deixara muito curioso.

-Os mocinhos estavam a cavalo perseguindo os bandidos, que estavam bem à frente. Durante a fuga, um dos bandidos se abaixou, encostou o ouvido no chªo e disse: Eles ainda estªo bem longe!

E Nestor confessou: -Mas eu nªo entendi muito bem por que ele fez isso!

Vamos ver se conseguimos descobrir. Como discutimos na seçªo anterior, o som Ø uma onda longitudinal, produzida por uma vibraçªo e que se propaga num meio material.

Os mocinhos corriam em seus cavalos. A batida dos cascos faz com que o chªo vibre: isso produz um som. Veja que o som precisa de um meio para se propagar, qualquer um. Portanto, ele pode se propagar tanto pelo ar como pelo chªo!

A vibraçªo se propaga pelas molØculas do meio. Isso quer dizer que quanto mais molØculas o meio tem, e quanto mais próximas elas estiverem umas das outras, mais facilmente o som irÆ se propagar.

VocŒ percebe onde queremos chegar? Aquele bandido era mesmo muito esperto. Sabia que o som produzido pelo trote dos cavalos chegaria atØ ele muito mais rÆpido pelo solo do que pelo ar. Assim, encostando o ouvido no chªo, poderia saber se os mocinhos estavam por perto!

Portanto, nos meios mais densos a velocidade de propagaçªo do som Ø maior. Nos meios menos densos, o som se propaga mais lentamente. Ela Ø, portanto, maior nos sólidos, menor nos líquidos e ainda menor nos meios

AULAgasosos. A tabela abaixo mostra a velocidade do som para diferentes tipos de meios materiais:

Observe que no granito, que Ø um tipo de rocha, o som se propaga quase dezoito vezes mais rÆpido do que no ar!

Nas aulas anteriores nós aprendemos que quanto maior a temperatura de um material, mais agitadas estªo as suas molØculas. Devido a essa grande agitaçªo, o som pode ser transmitido com mais facilidade. Assim, a velocidade de propagaçªo do som tambØm depende da temperatura do meio no qual se propaga! A tabela abaixo mostra os valores da velocidade de propagaçªo (v) do som no ar a diferentes temperaturas:

Para os sons tambØm valem as relaçıes: vfouvT =⋅ =λ λ

Uma outra forma de energia

Perto da casa de Maristela havia uma construçªo. Acabara de começar e ainda estava nas fundaçıes. Para fazer as fundaçıes utiliza-se o chamado bateestacas, que nada mais Ø do que um objeto muito pesado (pŒndulo) preso a um guindaste. O guindaste ergue o pŒndulo a grande altura e o solta em seguida, de modo que, ao cair, o pŒndulo empurra a estaca que se encontra no solo.

Quando erguido, o pŒndulo ganha energia potencial gravitacional em relaçªo ao solo e à estaca. Ao ser solto, perde altura e ganha velocidade. Nesse processo, sua energia potencial gravitacional se transforma em energia cinØtica.

Ao colidir com a estaca, o pŒndulo transfere parte da sua energia à estaca, empurrando-a. Dessa maneira ela Ø enterrada no solo. Mas esse processo nªo Ø

MEIO ar (20”C) Ægua ferro granito

TEMPERATURA DO AR (”C) 0 (fusªo do gelo) 20 (ambiente) 100 (ebuliçªo da Ægua)

Figura 5

AULAelÆstico, isto Ø, durante a colisªo, parte da energia se perde no ambiente. Na verdade, a energia se transforma em outros tipos de energia.

Quando o pŒndulo colide com a estaca, ouve-se um barulhªo, certo? Esse barulho nada mais Ø do que o resultado das vibraçıes produzidas pela colisªo, isso Ø, parte da energia que se perde! Portanto, podemos concluir que o som Ø uma forma de energia conhecida como energia sonora.

Na manhª seguinte à seresta, Maristela teve de se levantar muito cedo - nªo por causa da energia sonora do seu despertador, mas por causa da bendita construçªo!

Um bate-estaca incomoda muita gente. Dois bate-estacas incomodam muito mais!

Maristela acordou mal-humorada naquela manhª. TambØm, nªo era para menos: foi acordada, em plenas fØrias, por um barulhento bate-estacas!

Por que um bate-estacas incomoda tanto, e o canto de um passarinho nªo?

Parece uma pergunta boba, mas vamos ver o que hÆ por trÆs dela.

Vimos que o som Ø uma forma de energia que se propaga pelos meios materiais. Para ser ouvida, essa energia precisa ser transportada atØ nossos ouvidos. Como vocŒ jÆ sabe, no interior do ouvido existe uma membrana muito sensível, o tímpano, que vibra quando atingida pela energia sonora.

Se o som Ø muito forte, isto Ø, se a energia emitida pela fonte Ø grande, temos uma sensaçªo desagradÆvel no ouvido, pois a grande quantidade de energia transmitida exerce sobre o tímpano uma forte pressªo (lembre-se da Aula 19!).

A energia sonora depende da vibraçªo da fonte: quanto maior a vibraçªo, maior a energia. Portanto, a intensidade do som Ø maior quanto maior for a amplitude da onda.

Imagine a vibraçªo das cordas vocais de um passarinho! Agora dÆ pra entender por que um bate-estacas incomoda muita gente e um passarinho, nªo!

Para medir a intensidade sonora, que estÆ relacionada à energia transportada pela onda sonora, utilizamos uma unidade conhecida como bel, em homenagem ao cientista inglŒs Graham Bell, que se dedicou ao estudo de questıes relacionadas ao som, à fala e à audiçªo e foi o inventor do tªo œtil telefone!

É muito comum a utilizaçªo de um submœltiplo do bel, o decibel (db), que

Ø um dØcimo de bel, assim 10 db = 1 bel.

Apresentamos na tabela da pÆgina seguinte a intensidade aproximada de alguns sons comuns.

Figura 6

AULATIPO DE SOM limiar da audiçªo

respiraçªo normal folhas balançadas pela brisa TV ou rÆdio (fraco volume) rua tranqüila à noite conversa entre duas pessoas trÆfego intenso de automóveis aspirador de pó perfuratriz buzina de automóvel aviªo a hØlice na decolagem limiar para a dor aviªo a jato na decolagem foguete espacial

INTENSIDADE SONORA 0d b 10 db 20 db 30 db 40 db 60 db 70 db 80 db 100 db 110 db 120 db 130 db 140 db 150 db

Os sons muito intensos sªo desagradÆveis ao ouvido humano. Acima de 120 db o som pode ser percebido como uma sensaçªo de cócega no ouvido. A partir de 130 db começa a sensaçªo dolorosa.

É preciso tomar muito cuidado com a intensidade sonora à qual nos submetemos (e aos nossos tímpanos!): sons da ordem de 160 db podem causar surdez total devido a ruptura do tímpano ou a danos provocados em outras partes do ouvido.

Nas grandes cidades Ø comum falar em poluiçªo sonora, devido aos altos níveis de ruídos produzidos pelas mais diversas fontes (trÆfego intenso de automóveis, aviıes e caminhıes, buzinas, sirenes, construçıes etc.). Isso faz com que as pessoas percam ao longo dos anos sua capacidade auditiva.

Embora nªo percebam, pessoas expostas a ruídos intensos vÆrias horas por dia, durante anos, correm o sØrio risco de perder permanentemente a audiçªo por lesıes no órgªo auditivo. Mas nªo Ø só o ouvido que sofre com sons intensos: sofremos mentalmente, e tambØm sofre o nosso coraçªo.

Certas atividades exigem proteçªo no ouvido: o uso de tampıes internos de espuma ou de borracha, protetores externos ou capacetes. AlØm disso, Ø necessÆrio tomar medidas para diminuir os níveis de intensidade sonora dos ambientes.

Toda vibraçªo produz um som?

Essa Ø uma pergunta que vocŒ pode estar se fazendo neste momento. Se eu agitar a minha mªo lentamente, nªo ouço som algum!

É verdade. Agora experimente agitÆ-la com força, rapidamente e bem perto do ouvido. O que aconteceu?

VocŒ deve ter sentido um ventinho no rosto: Ø o ar deslocado pela mªo. AlØm disso, deve ter ouvido um som. Na verdade, a definiçªo de som estÆ associada à sensaçªo sonora. Portanto, todo som Ø produzido por uma vibraçªo, mas nem toda vibraçªo produz um som.

AULANovamente a fonte entra em cena. Quando agitamos a mªo lentamente, nªo somos capazes de produzir som algum. Mas, ao aumentar a velocidade desse movimento, produzimos um som.

Vamos recordar a aula passada: quanto mais rÆpido Ø o movimento da fonte (mªo), menor Ø o seu período e maior Ø a sua freqüŒncia! Vale tambØm aqui a relaçªo:

Assim podemos definir a freqüŒncia da onda sonora, como fizemos com as ondas na corda.

Um som, para ser som, deve ser audível pelo homem. Para que isso ocorra, a freqüŒncia deve estar acima de um certo um valor, que pode variar de pessoa para outra, mas gira em torno de 20 Hz. Sons que tŒm freqüŒncias inferiores a essa sªo chamados infra-sons.

O homem só Ø capaz de ouvir sons atØ um certo valor de freqüŒncia, que varia em torno de 20.0 Hz. Sons com freqüŒncias maiores sªo chamados ultra-sons.

É importante notar que a definiçªo de som se baseia na capacidade auditiva do homem. Essa capacidade varia entre os animais. Veja a tabela abaixo:

Abaixa esse rÆdio, Ernesto!

Foi o que pediu sua mªe, Cristiana. Mas sabem o que Ernesto fez? Colocou o rÆdio no chªo. Engraçadinho, nªo?

Vamos ver adiante qual o significado da altura de um som. Nªo tem nada a ver com a distância entre o rÆdio e o chªo!

O som possui algumas qualidades. JÆ falamos sobre intensidade e freqüŒncia. De acordo com sua freqüŒncia, um som pode ser classificado de agudo ou grave. Essa Ø a qualidade conhecida como altura do som.

Em geral as mulheres tem a voz mais aguda, isto Ø, emitem sons de maior freqüŒncia. É comum utilizar o termo fina quando nos referimos à voz feminina. Os homens, por sua vez, tŒm a voz mais grave, emitem sons de freqüŒncia menor. Dizemos que os homens tŒm voz grossa .

Altura Ø a qualidade do som relacionada à sua freqüŒncia. Sons com grandes freqüŒncias sªo chamados de agudos e sons com baixa freqüŒncia, de graves.

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