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Ressonância

 

ACÚSTICA

Produção do Som

Fixemos uma lâmina de aço muito fina para que ela possa oscilar conforme indica a figura.

Ressonância

Quando deslocamos a lâmina, sua extremidade livre começa a oscilar para a direita e para a esquerda.

Se a lâmina vibrar com rapidez, produzirá um som sibilante, mostrando que os sons são produzidos pela matéria em vibração.

À medida que a lâmina oscila para a direita, ela realiza trabalho nas moléculas do ar, comprimindo-as, transferindo a elas energia na direção da compressão. Ao mesmo tempo, as moléculas do ar, situadas à esquerda, se expandem e se tornam rarefeitas, o que retira energia delas.

Quando a lâmina se move no sentido inverso, ela transfere energia para as moléculas do ar situadas à esquerda, enquanto as da direita perdem energia.

O efeito combinado de compressão e rarefação simultâneo transfere energia das moléculas do ar da esquerda para a direita, ou da direita para a esquerda na direção do movimento da lâmina, produzindo ondas longitudinais, nas quais as moléculas do ar se movimentam para frente e para trás, recebendo energia das moléculas mais próximas da fonte e transmitindo-a para as moléculas mais afastadas dela, até chegarem ao ouvido.

No ouvido, as ondas atingem uma membrana chamada tímpano. O tímpano passa a vibrar com a mesma frequência das ondas, transmitindo ao cérebro, por impulsos elétricos, a sensação denominada som.

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As ondas sonoras são ondas longitudinais, isto é, são produzidas por uma sequência de pulsos longitudinais.

As ondas sonoras podem se propagar com diversas frequências, porém o ouvido humano é sensibilizado somente quando elas chegam a ele com frequência entre 20 Hz e 20 000 Hz, aproximadamente.

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Quando a frequência é maior que 20 000 Hz, as ondas são ditas ultra-sônicas, e menor que 20 Hz, infra-sônicas.

As ondas infra-sônicas e ultra-sônicas não são audíveis pelo ouvido humano. As ondas infra-sônicas são produzidas, por exemplo, por um abalo sísmico. Os ultra-sons podem ser ouvidos por certos animais como morcego e o cão.

As ondas sonoras audíveis são produzidas por:

- vibração de cordas

- vibração de colunas de ar

- vibração de discos e membranas

O som musical, que provoca sensações agradáveis, é produzido por vibrações periódicas. O ruído, que provoca sensações desagradáveis, é produzido por vibrações aperiódicas.

A maioria dos sons chega ao ouvido transmitida pelo ar, que age como meio de transmissão.

Nas pequenas altitudes, os sons são bem audíveis, o que não ocorre em altitudes maiores, onde o ar é menos denso.

O ar denso é melhor transmissor do som que o ar rarefeito, pois as moléculas gasosas estão mais próximas e transmitem a energia cinética da onda de umas para outras com maior facilidade.

Os sons não se transmitem no vácuo, porque exigem um meio material para sua propagação.

De uma maneira geral, os sólidos transmitem o som melhor que os líquidos, e estes, melhor do que os gases.

Observe a tabela que apresenta a velocidade de propagação do som a 25°C.

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Qualidades do Som

Se a energia emitida pela fonte é grande, isto é, se o som é muito forte, temos uma sensação desagradável no ouvido, pois a quantidade de energia transmitida exerce sobre o tímpano uma pressão muito forte.

Quanto maior a vibração da fonte, maior a energia sonora, logo

Quanto maior a amplitude da onda, maior a intensidade do som.

Em homenagem ao cientista norte-americano Graham Bell (1847-1922), que estudou o som e inventou o telefone, a intensidade sonora é medida em bel (B) ou decibéis (dB).

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Graham Bell

Os sons muito intensos são desagradáveis ao ouvido humano. Sons com intensidades acima de 130 dB provocam uma sensação dolorosa e sons acima de 160 dB podem romper o tímpano e causar surdez.

De acordo com a frequência, um som pode ser classificado em agudo ou grave. Essa qualidade é chamada altura do som.

Sons graves ou baixos têm frequência menor.

Sons agudos ou altos têm frequência maior.

A voz do homem tem frequência que varia entre 100 Hz e 200 Hz e a da mulher, entre 200 Hz e 400 Hz. Portanto, a voz do homem costuma ser grave, ou grossa, enquanto a da mulher ser aguda, ou fina.

Você Sabia?

O som não pode se propagar no vácuo. Por essa razão, a onda sonora é chamada onda material ou onda mecânica. São também ondas mecânicas as ondas numa corda, na água e numa mola.

Essas ondas precisam de um meio material (sólido, líquido ou gás) para se propagar.

Por outro lado, a luz, as ondas de rádio etc., podem se propagar em meios materiais e também no vácuo. Essas ondas são denominadas ondas eletromagnéticas.

As ondas eletromagnéticas são geradas por oscilações de cargas elétricas e se propagam no vácuo com uma velocidade aproximada de 300 000 km/s.

Os tipos principais de ondas eletromagnéticas são, em ordem decrescente de frequência: raios gama, raios X, luz ultravioleta, luz visível, raios infravermelhos, ondas curtas de rádio e ondas largas de rádio.

O conjunto dessas ondas forma o espectro eletromagnético.

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Veja algumas aplicações destes raios:

Raios gama: são emitidos por materiais radioativos e usados no tratamento de câncer e de muitas doenças de pele.

Raios X: ajudam os médicos a tratar e a diagnosticar doenças.

Raios ultraviolenta: são usados como desinfetantes.

Raios infravermelhos: são emitidos por corpos aquecidos e usados para secar pinturas.

Ondas de rádio: são usadas pelas emissoras de rádio e televisão.

Fenômenos Sonoros

Sendo o som uma onda, ele apresenta as seguintes propriedades características: reflexão, refração, difração, interferência e ressonância.

1ª. Propriedade: Reflexão

Quando ondas sonoras AB, A’B’, A”B” provenientes de um ponto P encontram um obstáculo plano, rígido, MN, produz-se reflexão das ondas sobre o obstáculo.

Na volta, produz-se uma série de ondas refletidas CD, C’D’, que se propagam em sentido inverso ao das ondas incidentes e se comportam como se emanassem de uma fonte P’, simétrica da fonte P em relação ao ponto refletor.

A reflexão do som pode ocasionar os fenômenos eco e reverberação.

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Eco

Os obstáculos que refletem o som podem apresentar superfícies muito ásperas. Assim, o som pode ser refletido por um muro, uma montanha etc.

O som refletido chama-se eco, quando se distingue do som direto.

Para uma pessoa ouvir o eco de um som por ela produzido, deve ficar situada a, no mínimo, 17 m do obstáculo refletor, pois o ouvido humano só pode distinguir dois sons com intervalo de 0,1 s. O som, que tem velocidade de 340 m/s, percorre 34 m nesse tempo.

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O sonar é um aparelho capaz de emitir ondas sonoras na água e captar seus ecos, permitindo, assim, a localização de objetos sob a água.

Reverberação

Em grandes salas fechadas ocorre o encontro do som com as paredes. Esse encontro produz reflexões múltiplas que, além de reforçar o som, prolongam-no durante algum tempo depois de cessada a emissão.

É esse prolongamento que constitui a reverberação.

A reverberação ocorre quando o som refletido atinge o observador no instante em que o som direito está se extinguindo, ocasionando o prolongamento da sensação auditiva.

2a. Propriedade: Refração

Consiste em a onda sonora passar de um meio para o outro, mudando sua velocidade de propagação e comprimento de onda, mas mantendo constante a frequência.

3a. Propriedade: Difração

Fenômeno em que uma onda sonora pode transpor obstáculos.

Quando se coloca um obstáculo entre uma fonte sonora e o ouvido, por exemplo, o som é enfraquecido, porém não extinto. Logo, as ondas sonoras não se propagam somente em linha reta, mas sofrem desvios nas extremidades dos obstáculos que encontram.

4a. Propriedade: Interferência

Consiste em um recebimento de dois ou mais sons de fontes diferentes.

Neste caso, teremos uma região do espaço na qual, em certos pontos, ouviremos um som forte, e em outros, um som fraco ou ausência de som.

Som forte= à interferência construtiva

Som fraco= à interferência destrutiva

5ª Propriedade: Ressonância

Quando um corpo começa a vibrar por influência de outro, na mesma frequência deste, ocorre um fenômeno chamado ressonância.

Como exemplo, podemos citar o vidro de uma janela que se quebra ao entrar em ressonância com as ondas sonoras produzidas por um avião a jato

Aplicação

7- Num treino, um atirador dispara sua arma diante de um anteparo refletor e ouve o eco do tiro após 6 s. Sabendo que o som se propaga no ar com velocidade de 340 m/s, calcule a distância do caçador ao anteparo.

Resolução:

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Durante o movimento, o som percorre uma distância igual a 2x (ida e volta), em movimento uniforme; logo:

Resposta: 1 020 m.

Efeito Doppler

Quando uma pessoa se aproxima de uma fonte sonora fixa, a frequência do som do ouvido é maior do que aquela de quando a pessoa se afasta da fonte.

O mesmo resultado seria obtido se a fonte se aproximasse ou se afastasse de uma pessoa parada.

Você pode observar esse fenômeno ouvido o apito de uma locomotiva em movimento. O apito é mais grave (frequência menor) quando está se afastando, após ter passado por você.

Observe que, quando há aproximação entre o observador e a fonte, o observador recebe maior número de ondas por unidade de tempo e, quando há afastamento, recebe um menor número de ondas:

Ressonância

Essa variação aparente da frequência de onda é chamada efeito Doppler, em homenagem ao físico e matemático austríaco Christian Johann Doppler (1803-1853), que ficou célebre por esse principio.

Denominando f’ a frequência recebida pelo observador e f a frequência emitida pela fonte, temos:

Aproximação: f’ > f

Afastamento: f’ < f

Essas grandezas são relacionadas pela expressão:

Ressonância

Onde:

v = velocidade da onda

vF = velocidade da fonte

vo = velocidade do observador

f = frequência real emitida pela fonte

f’ = frequência aparente recebida pelo observador.

Os sinais mais (+) ou menos (-) que precedem o vo ou vF são utilizados de acordo com a convenção

Ressonância

A trajetória será positiva de O para F. Portanto:

Ressonância

Aplicação

8- Um automóvel, movendo-se a 20 m/s, passa próximo a uma pessoa parada junto ao meio-fio. A buzina do carro está emitindo uma nota de frequência 2,0 kHz. O ar está parado e a velocidade do som em relação a ele é 340m/s.

Que frequência o observador ouvirá:

a) quando o carro estiver se aproximando?

b) quando o carro estiver se afastando?

Resolução:

a) Quando o carro estiver se aproximando do observador, teremos:

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b) Quando o carro estiver se afastando do observador, teremos:

Ressonância

Fonte: www.física.ufc.br

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Eco doopler

O estudo ultrassonográfico do coração permite visualizar o fluxo sanguíneo dentro do coração, avaliando o funcionamento da válvula, a contratilidade do músculo cardíaco e sua eficiência como bomba

Eco Doppler Transesofágico

Está indicado em casos que, por limitação técnica, o exame transtorácico não esclareceu o diagnóstico ou não pôde definir detalhes anatômicos e funcionais relevantes do coração. Permite imagem com maior nitidez devido a sua proximidade com o coração. Ex.: em comunicação interatrial, endocardite, embolias.

Efeito Doppler

Christian Johan Doppler, físico austríaco, certa vez, na Estação de Viena observou que o apito da locomotiva mudava de tom conforme aproximava ou afastava do observador. Explicou o fenômeno pelo aumento da concentração de ondas sonoras que, pela aproximação da fonte, chegavam aos ouvidos do espectador, enquanto, se rarefaziam pelo seu afastamento. O som tornava-se agudo na primeira situação e grave na segunda.

Um século mais tarde a tecnologia, na busca de métodos não invasivos resgatou a idéia e a introduziu na prática. Como homenagem àquele notável pensador seu nome tornou-se sinônimo dessa propriedade física.

Sotomura, em 1954, ressaltou a utilidade do efeito Doppler, para estudar o fluxo sanguíneo através dos vasos sanguíneos ou dentro do coração. Na prática, efeito Doppler é a diferença de frequência emitida por um fonte e refletida por um objeto em movimento (no caso, o sangue). Quando um feixe de ultrassom incide num objeto fixo, a frequência da onda emitida é igual à da onda refletida. Quando o objeto se desloca na direção do transdutor, o comprimento de onda diminui e a frequência é maior e quando o objeto se afasta do transdutor, o comprimento de onda aumenta e a frequência é menor. Assim, a direção do fluxo sanguíneo é facilmente determinada.

A velocidade do fluxo (alvo) em movimento é uma função da frequência Doppler, da velocidade do som no meio que está sendo examinado, da frequência transmitida e do ângulo entre o feixe ultra-sônico e a trajetória do alvo em movimento. Como a velocidade do som em um meio é conhecida e praticamente constante e a frequência transmitida também é conhecida, então a velocidade é uma função da frequência Doppler e obtida quando o feixe de ultrassom está paralelo ao alvo em movimento. Esta situação é exatamente oposta àquela necessária para se obter a melhor imagem com eco mono ou bi.

Doppler Contínuo

No Doppler contínuo o feixe ultra-sônico é constante, portanto, todos os alvos em movimento dentro do feixe produzem sinais Doppler e não há possibilidade de se conhecer onde estão localizados os alvos individuais e nem determinar se há mais de um alvo em movimento.

A melhor imagem é obtida com transdutores de baixa frequência. Como a velocidade também é uma função da frequência transmitida, é muito difícil registrar velocidade baixa com transdutor de baixa frequência. Essa situação é oposta àquela utilizada para obtenção da imagem eco uni ou bi.

Com o Doppler contínuo consegue-se determinar velocidades altas e direção do fluxo, mas não sua localização.

Fonte: www.doutorbusca.com.br

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O Efeito Doppler e a expansão do Universo

O astrofísico americano Edwin Hubble, em 1929, descobriu que as galáxias distantes estão, quase sem exceção, se afastando muito rapidamente de nós. O espectro da luz dessas galáxias chega até nossos telescópios e espectrômetros apresentando um desvio para o vermelho.

Hubble explicou esse interessante fenômeno utilizando o efeito Doppler. Se a velocidade com que a galáxia se afasta for realmente grande, a luz que ela envia e chega até nós terá um desvio para frequências mais baixas, do mesmo modo que o som de uma buzina se afastando fica mais grave.

Na verdade, embora algumas pessoas não condordem, não há nada de especialmente repulsivo na Terra para que as galáxias fujam de nós. O que há, segundo Hubble e a grande maioria dos cosmologistas atuais, é que o Universo está se expandindo.

Essa expansão implica em que, em algum tempo distante, o Universo devia ser muito menor do que é agora, praticamente um ponto, com uma densidade próxima de infinita. Por alguma razão, nesse tempo, ocorreu uma gigantesca explosão, o Big Bang, e a partir daí o Universo vem se expandindo cada vez mais.
Essa teoria do Big Bang tem inúmeras implicações cosmológicas.

Até alguns anos atrás, era considerada por muitos como mera especulação. Hoje, porém, já são conhecidas várias comprovações experimentais que concordam com ela. Uma das mais festejadas foi a descoberta, em 1965, por Arno Penzias e Robert Wilson, da chamada radiação de fundo, que ocupa todo o espaço e é exatamente o que os modelos e os cálculos dos cosmologistas previam como decorrente do Big Bang.

Hubble foi homenageado quando teve seu nome usado para o telescópio espacial que hoje está em órbita. As observações desse telescópio confirmam a hipótese do Universo em expansão.
O velho Doppler estava correto, afinal de contas.

Fonte: www.fisica.ufc.br

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O Efeito Doppler

Esse efeito, explicado pelo austríaco Christian Doppler em 1843, tem aplicações importantes. Foi por meio dele que aprendemos que o Universo vem se expandindo desde que surgiu no big bang. Mais domesticamente, os meteorologistas usam o efeito Doppler para acompanhar os movimentos atmosféricos e fazer previsões de clima. E os guardas de trânsito para multar a gente por excesso de velocidade.

Para dar uma idéia do que é esse efeito descreveremos uma experiência semelhante à que foi realizada originalmente pelo próprio Doppler.

Suponha que um carro está parado a uns 200 metros de você e o motorista toca a buzina continuamente. Digamos que o som da buzina tem uma tonalidade única, correspondente à nota RE, com frequência f = 288 ciclos por segundo. Esta é uma simplificação, é claro, pois as buzinas normais são mais agudas e quase nunca são de uma nota só. Nesse nosso caso, portanto, você ouve um som constante (e irritante) com a tonalidade de RE.

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Mas, que acontece se o carro não estiver parado e se aproximar de você com uma velocidade v de uns 120 km/h? Você ouvirá a buzina com uma tonalidade mais aguda, correspondente à nota MI, que tem uma frequência f ' de 320 ciclos por segundo.

Se o carro estiver se afastando de você com a mesma velocidade, você ouvirá um som mais grave, correspondente à nota DO, que tem frequência f ' igual a 256 ciclos/segundo.

Um resultado semelhante seria obtido se a fonte do som estivesse parada e você estivesse se aproximando ou se afastando dela com boa velocidade.

Fonte: www.fisica.ufc.br

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Explicação com um pouco de matemática

O efeito Doppler se aplica a qualquer tipo de onda, mas, vamos tratar especificamente de ondas de som. 
A fonte sonora F emite um som com frequência f que se propaga com velocidade v. Essa velocidade do som no ar é de 330 metros por segundo. Se o som tiver a tonalidade de um REMÉDIO (sem trocadilho), a frequência será f = 288 ciclos por segundo.

Essa será também a frequência ouvida por um observador que esteja parado em relação à fonte sonora. Esse observador receberá, em cada segundo, 288 ciclos de onda, cada um de comprimento L. Portanto, a onda se desloca de uma distância f x L, em cada segundo. Ora, esse deslocamento da onda, em cada segundo, é, por definição, a velocidade da onda. Isto é: v = f x L.

Se seu computador e seu browser têm condições de reproduzir sons clique duas vezes o botão acima para ouvir o som de uma fonte que se aproxima e depois se afasta de um observador. A frequência do som quando a fonte está parada é de 1000 ciclos por segundo. No início, quando a fonte está se aproximando, a frequência é maior que 1000 c/s. Ao passar pelo observador ela volta a ser de 1000 c/s mas, logo a seguir, ao se afastar do observador a frequência cai para um valor menor que 1000 ciclos por segundo.

Mas, digamos que o observador se aproxima da fonte de som com uma velocidade v0. Nesse caso, além dos f ciclos que ele recebia por segundo quando estava parado, receberá mais alguns ciclos extra devido ao seu movimento de aproximação. Com sua velocidade ele se aproxima de v0 metros da fonte, em cada segundo. Nesses v0 metros estão contidos v0/L ciclos. Logo, a frequência que ele recebe (isto é, o número de ciclos por segundo que atingem seu ouvido) será f MAIS v0/L.

Chamando essa frequência recebida de f ' temos:

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f ' = f + v0/L

Mas, como vimos que v = f x L, temos L = v/f. Logo:

f ' = f + v0.f / L = f ( 1 + v0/v)

Por exemplo:

Se a nota emitida for um RE com f = 288 ciclos por segundo e a velocidade do ouvinte for de 33 metros por segundo, a frequência ouvida será de:

f ' = 288 (1 + 33/330) = 316,8 ciclos por segundo

Essa frequência é próxima da nota MI (que tem frequência de 320 ciclos por segundo). Quer dizer, o som ouvido não será um RE mas um MI um pouco desafinado.

Se, em vez de se aproximar, o ouvinte se afastar com velocidade v0, a fórmula que obtivemos acima deve ser modificada, trocando o sinal de v0. Isto é, se o ouvinte se afasta:

f ' = f ( 1 -v0/v )

Usando os números dados acima você pode verificar que a frequência ouvida por um observador que se afasta com velocidade de 33 metros por segundo (que é equivalente a uns 120 km/h) será de cerca de 260 ciclos por segundo. Isso corresponde, aproximadamente, ao som de uma nota DO.

Fonte: www.fisica.ufc.br

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Explicação (quase) sem matemática

Eis aqui uma historinha que ajuda a entender a origem do efeito Doppler.

Suponha que todo dia sai um ônibus de Belém com destino a Porto Alegre. Na mesma hora, todo dia, também sai um ônibus de Porto Alegre para Belém. Digamos que a viagem entre as duas cidades dure 10 dias. Você é passageiro de um dos ônibus que saem de Belém.

Perguntamos:

Durante os 10 dias de viagem, com quantos ônibus vindo de Porto Alegre você cruzará?

Com 10, dirá um apressadinho. Errado. Você cruzará com os 10 ônibus que já estão viajando e com mais 10 que sairão de Porto Alegre durante os 10 dias de sua viagem.

Isto é, nos 10 dias de sua viagem você cruzará com 20 ônibus vindo de Porto Alegre.

Digamos que você se interesse pelas notícias de Porto Alegre e cada ônibus que sai de lá traga o jornal do dia (o DIÁRIO de Porto Alegre). Como você cruza com 2 ônibus em cada dia, você poderá ler 2 diários por dia! Quer dizer, a frequência com que você lê os jornais é 2 vezes maior que a frequência com que eles foram produzidos em Porto Alegre.

Agora compare esse surpreendente resultado com o que foi dito acima sobre o tom das buzinas e veja como eles são semelhantes. A frequência percebida por um ouvinte que se aproxima da fonte sonora é MAIOR que a frequência percebida se o ouvinte estivesse parado.

A proporção em que essas frequências diferem depende da velocidade relativa entre a fonte sonora e o ouvinte. Para saber quanto vale essa proporção, só apelando para a matemática.

Fonte: www.fisica.ufc.br

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Experiências

Só o simples gesto de sintonizar uma emissora de rádio ou TV já é uma experiência de ressonância. A seguir, sugerimos alguns experimentos bem simples para demonstrar a ressonância.

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Arame dançante na borda de uma taça.

Ponha duas taças com um pouco de água perto uma da outra. Entorte um pedaço de arame e coloque-o sobre a borda de uma das taças. Umedeça a ponta de seu dedo e esfregue-o com suavidade pela borda da outra taça. Se tudo der certo, você ouvirá um som grave e melodioso enquanto o arame começa a vibrar em ressonância com o som que você gerou.
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Ressonância em canos de PVC

Use um cano de PVC com cerca de três metros de comprimento e 1/2 polegada de diâmetro. Segure o cano pelo meio e estenda o braço com o cano na horizontal, perpendicular a seu braço. Balance o cano com baixa frequência, mais ou menos 1 Hertz. O tubo balança acompanhando o movimento de sua mão, com pequena amplitude. Depois, balance o braço com a maior frequência que puder.

A amplitude da vibraçào do cano ainda é pequena. Por fim, procure uma frequência intermediária na qual ocorra a ressonância. Você notará que o próprio cano fornce uma reação que orienta a busca da frequência de ressonância. Quando essa frequência for atingida,a amplitude da oscilação das pontas do cano pode chegar a mais de um metro e o cano pode até se romper.

Se você for fazer essa experiência tenha cuidado para não não atingir algum espectador quando as oscilações ficarem violentas.

Uma variação interessante dessa experiência consiste em simplesmente andar com o cano seguro pelo braço estendido, sem balançar a mão. Com a velocidade certa do andar é possível também atingir a ressonância.

Essa experiência foi sugerida por John Jewett, Jr., na revista The Physics Teacher, Volume 31, de 1993.

Fonte: www.fisica.ufc.br

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O que são frequências naturais

Como vimos, cada corda do violão tem um modo com frequência própria de vibração, o MODO FUNDAMENTAL. O som que ela emite tem a frequência do modo fundamental e um pouco dos modos harmônicos, com menor intensidade.

Pois bem, qualquer objeto material também tem uma ou mais frequências nas quais ele "gosta" de vibrar.

Se for um objeto simples, como um pêndulo ou uma corda de violão, essa frequência é bem definida e só há um modo fundamental. Outros objetos mais complicados, como um tambor, uma mesa, um prédio ou até nossos corpos, podem vibrar em muitos modos, com muitas frequências diferentes. Se você "tocar" uma mesa, dando-lhe um forte chute, ouvirá um som que é o resultado do conjunto de modos de vibração naturais da mesa. (Ouvirá também outro som: o palavrão que você dirá com a dor no pé - mas esse não vamos analisar aqui).

Chamamos de FREQUÊNCIAS NATURAIS de um objeto as frequências com que esse objeto "gosta" de vibrar, quando excitado de alguma forma - levando um chute ou sendo dedilhado.

Por exemplo:

Quando uma ação externa age sobre o objeto ele só vibra nessas frequências naturais ou seus harmônicos. Não adianta bater ou chutar com muita força: se uma frequência de vibração não for uma frequência natural do objeto ele nunca vibrará nessa frequência.

Os modos de vibração de um objeto qualquer podem ser complicados. Ainda existem nós e antinós que não são pontos, como na corda, mas linhas, círculos ou curvas mais elaboradas. Veja, na animação ao lado, um caso ainda considerado simples: a superfície de um tambor, com oscilações super-exageradas para facilitar sua visão. O modo de vibração dessa figura pode ser considerado o modo fundamental, pois só tem um antinó no centro e um círculo de nós, na borda. Curiosamente, esse modo praticamente não aparece nos tambores reais pois sua duração é muito curta.

Ressonância
Modo fundamental da superfície de um tambor.

Já esse outro modo de vibração da superfície do tambor, com uma linha de nós ao longo de um diâmetro tem grande contribuição na formação do som do tambor. O estudo de modos normais de vibração de átomos, moléculas, cristais, instrumentos musicais, etc, é um ramo muito importante (e gostoso) da pesquisa. Se você quiser ser físico vai topar com esse tipo de estudo inúmeras vezes.

Ressonância
Um dos harmônicos da superfície do tambor. Observe a linha de nós ao longo de um diâmetro.

Antes de chegarmos ao nosso objetivo, a ressonância, ainda vamos examinar mais detalhadamente como são as vibrações de um objeto. Tenha então a bondade de clicar no título imediatamente abaixo.

Fonte: www.fisica.ufc.br

Ressonância

Afinal, o que é o som?

O som é um dos fenômenos da natureza mais intimamente ligado às pessoas, assim como a visão, o tato etc.

Recebemos o som desde nossos primeiros instantes de vida e nossa percepção se expande e se aperfeiçoa cada vez mais com o tempo de experiência. Talvez por isso é difícil encontrar-se alguém que não goste de ouvir os sons, sejam os da própria natureza, sejam aqueles produzidos pelo homem.

Mas o que é o som? Como ele se produz? Como ele chega até nós?

Com certeza você, durante uma aula enfadonha do primário, pegou uma banda de "gilete" e fez com ela um "instrumento" musical, prendendo rigidamente uma metade na carteira e fazendo vibrar a outra metade. Saía aquele "sonzinho", tipo "tuim","tuim"... Pois é.

Aquela altura você estava manipulando um gerador de som. Dos mais primitivos, é verdade, mas o suficiente para explicar a origem do som.

Ao vibrar a parte solta da "gilete" (ou qualquer outro objeto rígido mas maleável com o comprimento muitas vezes superior às outras demais medidas) obtém-se um movimento do tipo vai e vem (vibratório, ondulatório, na verdade), onde uma haste flexível descreve um arco de círculo de ida e outro de volta, várias vezes durante um certo intervalo de tempo. Quando a haste atinge determinada velocidade, dependendo da força que você aplicou, as pessoas começam a ouvir uma espécie de zumbido.

Esse zumbido varia até um tom mais alto (mais agudo) quando você diminui o comprimento da parte solta haste, fazendo com que fique cada vez menor que a outra presa. Isso acontece por que essa parte, agora menor, descreve o tal arco mais vezes no mesmo tempo.

Por quê eu ouço o som?

Você ouve o som produzido pela haste porque ao se deslocar no meio (o ar) qualquer corpo pode ser sede de um movimento vibratório. Na ida, ele empurra uma camada de ar para a frente, comprimindo-a e aumentando sua densidade e temperatura. Na volta, obviamente, ocorre o contrário, o que causa a diminuição dessas duas grandezas.

Como no movimento de ida a pressão nessa camada de ar é maior que nos arredores, suas moléculas tendem a empurrar as moléculas das camadas vizinhas, que vão transmitindo sua influência às diversas camadas adjacentes e subsequente.

Quando o corpo se desloca para a frente, logo atrás dele cria-se uma zona rarefeita ou de depressão, que acompanha de perto e com a mesma velocidade a zona comprimida. A sucessão dessas zonas comprimidas e rarefeitas do ar forma o que chamamos movimento ondulatório.

Esse movimento é o que você percebe, graças à uma fina e sensível membrana interna do seu ouvido. O tímpano, o responsável maior pela sua audição (guardando-se os limites desses ensinamentos sobre acústica arquitetônica).

Curiosidade: essas áreas de diferentes níveis de pressão do ar se resumem na base do estudo para calcular caixas acústicas, com base nas vibrações do cone do altofalante de graves.

O ouvido humano, uma obra de arte!

Não fosse isso aí no subtítulo, você até poderia "sentir" o som mas nunca ouví-lo e diferenciar a música de um ruído.

Por exemplo:

Não vamos entrar em detalhes sobre o ouvido humano, porque não estamos capacitados para aulas de anatomia, principalmente de áreas específicas do corpo. Não é nosso propósito, vamos repetir isso várias vezes. Mas você deve saber pelo menos o básico. Isso lhe trará maiores facilidades quando quiser entender melhor diversas áreas do estudo do som e suas peculiariedades.

O órgão da audição é constituído pelo ouvido externo, ouvido médio e ouvido interno. Se você já andou bisbilhotando uma caixa acústica (aquela do seu "aparelho de som" que você emprestou ao primo e voltou rouca), faça de conta que sua caixa acústica agora não mais emite som, mas sim recebe, como o seu ouvido.

O ouvido externo é o pavilhão (a orelha, o apêndice cartilaginoso que o Mike Tyson aprecia degustar) junto com o conduto auditivo externo. Grosseiramente, o ouvido externo seria como se fossem o altofalante e o duto (aquele tubo sem nada dentro que existe em muitas caixas).

O ouvido médio é como se fosse o cone ( aquele de papel) do altofalante mais a sua ligação eletrônica com a bobina. A parte mais externa do ouvido médio é delimitada por uma membrana chamada tímpano (como o cone de papel). Ligando essa membrana ao ouvido interno existe a cadeia de ossículos constituída pelo martelo, pela bigorna e pelo estribo, que têm nomes tão engraçados que ninguém mais os esquece pela vida afora. Esse conjunto compare com o eletro-ímã, ou bobina, que fica por trás do altofalante).

O ouvido interno é chamado de labirinto pela sua forma geométrica. Localiza-se dentro do osso temporal (aquele da lateral do seu crânio), logo em seguida ao ouvido médio. Admita-o como os fios do eletro-ímã. Nele localiza-se o órgão da audição propriamente dito: o caracol.

Esse canal é espiralado e dá 2 3/4 voltas em torno de um maciço ósseo, perfurado de modo a dar passagem para os últimos ramais do nervo auditivo.

Chegamos, finalmente, ao seu amplificador de som.

Não sei se a comparação meio exdrúxula da caixa de som com seu aparelho auditivo serviu para alguma coisa. Se serviu ou não, esqueça essa "teoria". Você vai ter que aprender na prática mesmo. Que nem eu aprendi, no princípo. Nossa filosofia aqui é essa mesmo. Mas antes de esquecer isso aí em cima, saiba que seu ouvido é mais parecido, na prática e na teoria, com um microfone, pois eles "ouvem" o som.

Eles são transdutores receptivos (transdutor = dispositivo que transforma um tipo energia em outro tipo). Em compensação saiba, também, que é totalmente possível transformar uma caixa acústica, ou mais propriamente um altofalante, em um microfone. Aí você vai entender por que admitimos a caixa acústica "ouvindo" algumas linhas atrás.

Tudo isso, na verdade, é possível através do cone e bobina principalmente, isto é, um elemento vibrante e um transmissor do movimento resultante da vibração. O microfone (dependendo de sua construção) também tem um elemento vibrante.

Em resumo, as ondas sonoras, captadas pelo pavilhão, entram pelo conduto auditivo externo e chocam-se com o tímpano, que por ser aperiódico, isto é pode vibrar ao receber todas as audiofrequências, reproduz fielmente as vibrações do som estimulador

Fonte: www.audioacustica.hpg.ig.com.br

Ressonância

ONDULATÓRIA

QUADRO SINÓTICO DOS FENÔMENOS ONDULATÓRIOS

De acordo com o exposto anteriormente, concluímos que as ondas desenpenham um papel fundamental em nossas vidas, sendo portanto indispensável o conhecimento de suas leis básicas. Como a mecânica ondulatória apareceu justamente para investigar e aprimorar o conhecimento humano nesta importante sub-área da física, obtemos a seguinte definição:

MECÂNICA ONDULATÓRIA:

Pode ser definida como a parte da física que estuda as ondas de um modo geral, preocupando-se com suas formas de produção, propagação e absorção, além de suas propriedades.

Pelo fato das ondas possuírem diversas propriedades interessantes, torna-se necessário a subdivisão de nosso curso em diversos subtópicos acoplados entre si, abrangendo desde a classificação das ondas até uma exposição mais detalhada dos fenômenos ondulatórios, os quais são mencionados na tabela em sequência:

REFLEXÃO:

A reflexão de uma onda ocorre após incidir num meio de características diferentes e retornar a se propagar no meio inicial. Qualquer que seja o tipo da onda considerada, o sentido de seu movimento é invertido porém o módulo de sua velocidade não se altera. Isto decorre do fato de que a onda continua a se propagar no mesmo meio.

EX.: O princípio do funcionamento do espelho é tão somente uma reflexão das ondas luminosas nele incidente. Deste modo, vemos nossa própria imagem no espelho quando raios de luz que saem de nossos corpos (o qual por si só, já é uma reflexão), atingem a superfície do espelho e chega até os nossos olhos.

REFRAÇÃO:

Denomina-se refração a passagem de uma onda de um meio para outro de características diferentes (densidade, textura, etc). Qualquer que seja o tipo de onda considerada, verifica-se que o sentido e velocidade de propagação não são mais os mesmos de antes da refração. Isto acontece pois o meio apresenta propriedades distintas da do meio antigo.

EX.: A refração ocorre por exemplo quando colocamos uma colher dentro de um copo d'água e verificamos que a colher parece sofrer uma "quebra" da parte que está dentro da água para com a parte que está fora da água. Isto ocorre devido ao fato da direção original de propagação da luz ter sido desviado devido à mudança do meio.

POLARIZAÇÃO:

A Polarização, é um fenômeno que acontece somente com as ondas transversais. Consiste na seleção de um plano de vibração frente aos outros por um objeto, ou seja, se incidir ondas com todos os planos de vibração num certo objeto, este acaba deixando passar apenas aquelas perturbações que ocorrem num determinado plano.

EX.: Uma aplicação da polarização é a fotografia de superfícies altamente refletoras como é o caso de vitrines de lojas, sem que nelas apareça o reflexo da imagem do fotógrafo. Para isto, utiliza-se um polarizador, que funciona como um filtro, não deixando passar os raios que saem do fotógrafo chegarem até o interior da máquina fotográfica.

DISPERSÃO:

A Dispersão, é um fenômeno que acontece quando uma onda, resultante da superposição de várias outras entra num meio onde a velocidade de propagação seja diferente para cada uma de suas componentes. Consequentemente a forma da função de onda inicial muda, sendo que sua forma é uma função do tempo.

EX.: A luz branca é formada por sete cores (vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, azul escuro e violeta), que constitui seu espectro. Quando esta luz incide sobre um prisma de vidro, ela acaba sofrendo uma dispersão pois a velocidade da luz é diferente para cada cor e a luz branca acaba sofrendo uma decomposição nesta passagem. O violeta é o que sofre maior diminuição em sua velocidade ao passo que o vermelho é a cor que sofre a menor diminuição.

DIFRAÇÃO:

É o encurvamento sofrido por uma onda quando esta encontra obstáculos à sua propagação. Esta propriedade das ondas foi de fundamental importância para provar que os raios de uma onda não são retilíneos.

EX.: É possível escutar um som emitido atrás de uma parede, mesmo que esta tenha uma grande espessura de tal forma que o som não consigua de modo algum atravessá-la. Isto nos indica que o som deve, de alguma forma, contornar o muro. Isto é o que se chama de difração.

INTERFERÊNCIA:

Interferência representa a superposição de duas ou mais ondas num mesmo ponto. Esta superposição pode ter um caráter de aniquilação, quando as fases não são as mesmas (interferência destrutiva) ou pode ter um caráter de reforço quando as fases combinam (interferência construtiva).

EX.: Quando escutamos música em nosso lar, percebemos que certos locais no recinto é melhor para se ouvir a música do que outros. Isto é por causa que nestes pontos as ondas que saem dos dois alto-falantes sofrem interferência construtiva. Ao contrário, o locais onde o som está ruim de ouvir é causado pela interferência destrutiva das ondas.

Fonte: www.cdcc.sc.usp.br

Ressonância

Ponte que caiu

Conta a lenda que um regimento de Napoleão entrou marchando em uma ponte e a frequência do compasso da marcha, por azar, coincidiu com a frequência natural de vibração da ponte.

Deu-se a ressonância, a ponte passou a oscilar com grande amplitude e desabou. A partir desse desastre os soldados passaram a quebrar o passo sempre que atravessam alguma ponte.

Esse caso pode ser só lenda, mas, uma ponte nos Estados Unidos desabou quando entrou em ressonância com o vento. A ponte sobre o Estreito de Tacoma, logo após ser liberada ao tráfego, começou a balançar sempre que o vento soprava um pouco mais forte.

No dia 7 de Novembro de 1940 aconteceu a ressonância. Inicialmente, a ponte começou a vibrar em modos longitudinais, isto é, ao longo de seu comprimento. Até aí, tudo bem. Mas, logo apareceram os chamados "modos torsionais", nos quais a ponte balançava para os lados, se torcendo toda. Na ressonância, a amplitude desses modos torsionais aumentou de tal forma que a ponte desabou.

Ressonância
Ponte de Tacoma vibrando no modo longitudinal.

Ressonância
Ponte de Tacoma vibrando no modo torsional.

Um estádio de futebol deve ser construído levando em conta a "vibração" das torcidas. Se todo mundo começar a pular e bater os pés pode surgir uma ressonância com as estruturas das arquibancadas e acontecer uma tragédia. Quando você for ao estádio lembre disso. Se notar que a estrutura está balançando anormalmente mande a turma toda parar de vibrar imediatamente. A galera, sabendo que você é um entendido em matéria de ressonância, logo atenderá seu aviso. Se não, dê o fora de mansinho.

Fonte: www.fisica.ufc.br

Ressonância

Para manter o sistema massa-mola vibrando você precisa injetar energia balançando a mão. Se não fizer isso, o sistema amortece e pára. E então você nota uma coisa curiosa. Balançando a mão devagar, com baixa frequência, a amplitude do sistema se mantém mas é sempre pequena.

Na figura , fo é a frequência natural do sistema, isto é, a frequência com a qual ele "gosta" de vibrar. A frequência do movimento de sua mão é f, que é menor que fo. O gráfico mostra que a amplitude, nesse caso, é pequena.

Aumentando gradualmente a frequência do balançado da mão você nota que a amplitude do movimento da massa vai aumentando rapidamente. Observe que a amplitude do movimento de sua mão é sempre a mesma, quem vai aumentando é apenas a frequência.

Ressonância

Com um pouco de prática você logo descobre uma frequência certa f do movimento de sua mão para a qual a amplitude do movimento da massa é máxima. Essa frequência é exatamente a frequência natural do sistema, isto é, f = fo. Se a frequência f do movimento da mão for menor ou maior que fo, a amplitude do movimento da massa diminui.

Pronto: você atingiu a ressonância! Em melhores termos, o movimento de sua mão e o movimento do sistema massa-mola entraram em ressonância. Ou, ainda de outra forma, o sistema está vibrando com a frequência de ressonância.

Na ressonância a transferência de energia de sua mão para o sistema massa-mola é a mais eficiente possível. A amplitude de vibração da massa só é limitada pelos atritos de amortecimento, que sempre estão presentes. Se eles não forem suficientemente fortes a vibração pode ficar tão intensa que a mola chega até a quebrar.

Fonte: www.seara.ufc.br

Ressonância

Exemplos comuns de ressonância

Uma criança em um balanço nunca ouviu falar em ressonância mas sabe como usá-la. Num instantinho ela descobre qual é o momento certo de dobrar o corpo para aumentar a amplitude do movimento.
No exemplo do sistema massa-mola, balançar devagar ou depressa demais causa pequenas amplitudes de oscilação. Balançando na frequência certa, que é a frequência natural do sistema, chega-se à ressonância e obtém-se grandes amplitudes de oscilação.

Ressonância

O corpo de um instrumento musical, um violão, por exemplo, é uma caixa de ressonância. As vibrações da corda entram em ressonância com a estrutura da caixa de madeira que "amplifica" o som e acrescenta vários harmônicos, dando o timbre característico do instrumento. Sem o corpo, o som da corda seria fraco e insosso. Em uma guitarra a ressonância é substituída, parcialmente, por efeitos eletrônicos.

Cada onda de rádio e TV que viaja pelo espaço tem uma frequência característica de vibração. E a onda de cada emissora tem uma frequência própria, diferente da frequência das demais emissoras. Os rádios antigos tinham um botão - o dial - para "sintonizar" as emissoras.

Hoje, com tudo virando digital, os botões não são de girar - são de apertar. Sintonizar uma emissora significa fazer seu receptor de rádio ou TV entrar em ressonância com a onda da emissora.

Girando, ou apertando, o botão você modifica, de algum modo, a frequência natural de vibração do circuito eletrônico de seu receptor.

Essa vibração não é mecânica, como nas molas, mas uma rápida variação nas correntes elétricas que percorrem o circuito. Na ressonância, o receptor "capta" energia da onda de rádio ou TV com eficiência máxima e o sinal da emissora é reproduzido pelo receptor. As ondas das outras emissoras, com frequências diferentes, não estão em ressonância com o receptor e passam batidas, sem interagir com ele.

Às vezes, a ressonância pode ter consequências desagradáveis. Dizem que algumas pessoas sentem enjôo ao viajar de carro por causa da ressonância entre as vibrações de baixa frequência do carro e seus órgãos digestivos, estômago e intestinos. Se isso for verdade, o remédio para essas pessoas é encher a barriga de água ou comida. Isso fará mudar a frequência natural desses órgãos internos e quebrará a ressonância.

Fonte: www.fisica.ufc.br

Ressonância

Som

Ressonância

As ondas sonoras são ondas mecânicas e portanto não se propagam no vácuo. São audíveis pelo homem quando sua frequência se situa entre 20 Hz e 20.000 Hz.

Fontes de som

Em geral, as fontes de som são os corpos em vibração, como o cone de um alto-falante, as cordas vocais, etc.

Ressonância

A velocidade do som

Nos líquidos e nos sólidos, onde as moléculas estão mais próximas umas das outras, a velocidade do som é bem maior do que em um gás.

Ressonância

Qualidades de um som:

Intensidade

Ë a qualidade que nos permite distinguir os sons fortes dos fracos.

Timbre

É a qualidade que nos faz distinguir as vozes de duas pessoas, mesmo quando emitindo sons de mesma frequência. Também permite diferenciar os sons de dois instrumentos musicais, mesmo quando eles emitem a mesma nota.

Altura

É a qualidade do som que nos permite distinguir os sons graves dos agudos.

Ressonância

Eco

Quando uma onda sonora encontra um obstáculo à sua frente, ela pode retornar à sua fonte por reflexão.
O eco ocorre se a distância entre a origem do som e o obstáculo for, no mínimo, de 17 m. Nossos ouvidos têm a capacidade de distinguir sons emitidos num intervalo de tempo de, no mínimo, 0,1 s.

Ressonância

Sonar

É um equipamento colocado em navios que envia ondas sonoras em direção ao fundo do mar e recebe, posteriormente, a reflexão, podendo-se calcular a profundidade.

Fonte: geocities.yahoo.com.br

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Transmissão do som pelo ar e outros meios

Quando damos um grito, batemos palmas ou fazemos qualquer outro som, as vibrações que produzimos se espalham pelo ar para todos os lados, como as ondas que se formam em um lago, quando jogamos uma pedra na água. O som se espalha pelo ar sob a forma de ondas sonoras.

No caso das ondas da água, quando uma pedra cai na água, ela movimenta a água contra a qual ela colide. O movimento dessa água perturba as regiões próximas, depois essas perturbam as regiões seguintes, e assim o movimento da onda vai passando de um ponto para o próximo ponto.

No caso de ondas no ar, acontece uma coisa parecida. Quando um objeto vibra, ele faz o ar próximo a ele vibrar. A agitação desse ar próximo ao objeto produz uma agitação do ar vizinho, e este por sua vez agita a camada seguinte, e assim por diante.

As ondas sonoras são invisíveis e muito rápidas, mas não são instantâneas. O som demora um certo tempo para ir de um lugar até outro.

Quando vemos um raio, não ouvimos o seu trovão no mesmo instante, mas algum tempo depois, porque o som demora algum tempo para vir do lugar onde o raio ocorreu até onde estamos.

O som tem uma velocidade de cerca de 330 a 360 metros por segundo no ar (depende da temperatura e da umidade do ar).

Isso significa que, se observarmos o clarão de um raio e dois segundos depois ouvirmos o seu trovão, essa raio ocorreu a uns 700 metros de distância. Uma grande explosão poderia ser ouvida, depois de um minuto, a uma distância de 20 quilômetros.

Em uma hora, o som seria capaz de percorrer uma distância de 1.200 a 1.300 quilômetros (na verdade, ele vai ficando cada vez mais fraco, por isso não atinge uma distância tão grande).

Os aviões supersônicos são aqueles que atingem velocidades maiores do que a do som, e que, portanto, voam a velocidades de mais de 1.200 ou 1.300 km/h. Os grandes aviões “normais” de passageiros (subsônicos) atingem velocidades de aproximadamente 900 km/h.

Os sons vão se tornando cada vez mais fracos quando nos afastamos do objeto que está produzindo o som, porque as ondas sonoras se espalham para todos os lados, e assim a energia das ondas sonoras vai se espalhando e diminuindo de intensidade.

No entanto, existe um modo de fazer com que o som não se espalhe: fazendo com que ele caminhe dentro de um tubo.

Se tivermos um longo tubo de plástico, de borracha ou de metal, com alguns centímetros de diâmetro, e falarmos em uma de suas aberturas, as ondas sonoras que entrarem no tubo irão passando por ele sem se espalharem, e mantendo praticamente a mesma intensidade.

Uma pessoa que esteja na outra ponta do tubo, a uma distância de 100 metros, por exemplo, irá ouvir perfeitamente o que você diz, sem que você precise gritar.

As ondas sonoras podem passar não apenas pelo ar, mas também por outras substâncias, como a água.

É claro que não conseguimos falar debaixo d’água, mas se estivermos dentro de uma piscina poderemos ouvir o som de um sino tocado dentro d’água, por exemplo.

A velocidade do som na água é maior do que no ar: cerca de 1.500 metros por segundo. Dentro de uma piscina temos dificuldade em ouvir o que uma pessoa diz fora da água, porque o som tem dificuldade em passar do ar para a água, e não porque o som não possa ser transmitido dentro da água.

As ondas sonoras também passam por sólidos. Quando um caminhão pesado passa pela rua perto de nossa casa, muitas vezes sentimos o chão vibrar, porque as vibrações que o caminhão produz na rua se espalham pelo chão e nos atingem.

Quando um vizinho faz uma festa barulhenta, ouvimos a música e os gritos das pessoas mesmo se todas as janelas e portas estiverem fechadas, porque as vibrações do ar fazem as paredes, portas e janelas vibrarem, e isso faz com que o som passe para dentro da casa.

O som tem dificuldade de passar por coisas como tecidos grossos, colchões, travesseiros, acolchoados.

Esses materiais destroem as vibrações. Passa com facilidade, no entanto, por placas metálicas, que vibram com facilidade.

Assim como no caso do ar, quando o som passa por líquidos e sólidos, ele vai se espalhando por todos os lados e se torna cada vez mais fraco. No entanto, se ele não puder se espalhar, pode chegar a grandes distâncias sem enfraquecer muito.

Por exemplo:

Colocando-se o ouvido encostado ao trilho de uma linha ferroviária, pode-se ouvir o som de um trem que esteja a vários quilômetros de distância. Isso é possível porque as vibrações do trilho metálico não se espalham para todos os lados – elas só podem caminhar ao longo do próprio trilho.

Um telefone de barbante utiliza basicamente esse mesmo princípio. Suponha duas latas, abertas de um lado, com furos na parte de baixo, por onde são presas as extremidades de um barbante longo.

Quando uma pessoa fala com a boca próxima a uma das latas, sua voz produz vibrações no fundo da lata. Isso faz com que o barbante também vibre, criando ondas que se movem ao longo do barbante.

Na outra ponta, o barbante está preso à segunda lata. Quando as vibrações do barbante atingem o fundo da segunda lata, ele vibra, faz o ar dentro da lata vibrar também, e essa vibração atinge o ouvido da segunda pessoa, que ouve a voz da primeira.

É possível conversar utilizando telefones de barbante, sem gritar, a grandes distâncias (mais de 100 metros) porque as ondas sonoras se movem ao longo do barbante, sem se espalhar para todos os lados.

Não é possível utilizar esse tipo de telefone para distâncias de vários quilômetros porque o próprio barbante vai absorvendo uma parte da energia do som, que vai enfraquecendo. Utilizando-se um arame metálico fino, em vez de barbante, é possível conversar a centenas de metros.

Como ensinar: Como as ondas sonoras são invisíveis, é importante mostrar ondas visíveis (na água, em molas, em cordas) e animações que mostrem as vibrações sonoras no ar.

É possível montar tubos sonoros longos, em que as pessoas possam conversar, e outros que voltam ao ponto de partida, de tal modo que a pessoa possa ouvir um tipo de eco de sua voz (com 50 metros de comprimento, por exemplo). Também é possível utilizar telefones de barbante e fazer outros experimentos descritos no texto.

Ressonância

Fonte: www.museudotelefone.org.br

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Um engano de Christian Doppler

O austríaco Christian Doppler foi o primeiro a explicar o efeito que tem seu nome e também o primeiro a aplicá-lo erradamente.

Ele previu que um som tem sua tonalidade aumentada se a fonte sonora se aproxima do ouvinte. Esse efeito foi verificado experimentalmente pelo holandês Buys-Ballot, dois anos depois da publicação do artigo de Doppler.

Mas, Doppler cometeu um engano em seu artigo que tinha como título Sobre a Luz Colorida das Estrelas Duplas. Pelo título você já pode ver que Doppler pensava que a cor das estrelas era devida ao deslocamento delas em relação ao observador.

Por exemplo:

Uma estrela que se afastasse de nós deveria ser avermelhada pois a luz emitida por ela seria deslocada para menores frequências (lado vermelho do espectro visível).

Na verdade, isto não se dá por dois motivos. Primeiro, o espectro da luz de uma estrela, isto é, a faixa de frequências da luz que ela emite, se estende muito além da faixa visível.

Logo, mesmo que esse espectro fosse deslocado, a luz ultravioleta emitida pela estrela seria deslocada para a faixa visível, ocupando o lugar da faixa azul que se deslocou na direção de menores frequências. No fim, a luz visível emitida continuaria tendo componentes de todas as cores e seria ainda branca.

Além disso, para haver um deslocamento apreciável no espectro a velocidade relativa da estrela deveria ser muito grande, próxima da velocidade da luz. As estrelas a que Doppler se referiu em seu artigo não possuem, nem perto, velocidades tão grandes.

Assim mesmo, Doppler estava correto em supor que há um deslocamento do espectro. Hoje se sabe que galáxias distantes estão se afastando com tremendas velocidades e, por causa do efeito Doppler, o espectro da luz que elas enviam e chega até nós é deslocado para frequências mais baixas.

É o que se chama deslocamento para o vermelho. Quem primeiro observou isso foi o astrofísico americano Edwin Hubble em 1929. Surgiu dai a idéia de que o universo está se expandindo.

Fonte: www.fisica.ufc.br

Ressonância

Vibrações simples, amortecidas e forçadas

Eis uma experiência fácil de fazer se você dispõe de uma mola e um pequeno peso. Se não, é uma experiência fácil de imaginar. Segure uma extremidade da mola com a mão e na outra ponta pendure um peso, ou "massa". Esse arranjo simples será chamado de "sistema massa-mola", daqui por diante. Puxando a massa para baixo, o sistema começa a vibrar.

Ressonância

A frequência da vibraçào, isto é, quantas vezes por segundo a massa sobe e desce, depende das propriedades físicas do sistema. Uma mola "dura", que nem a mola do amortecedor de um carro, vibra com mais rapidez que uma mola "macia", como algumas que encontramos nos eletro-domésticos.

Para uma mesma mola, a frequência também aumenta se aumentarmos o peso da massa pendurada. Para um dado sistema massa-mola a vibração se dá na frequência natural do sistema..

Uma vibração simples como a que vimos acima não dura eternamente. Se você mantiver a mão parada a distância percorrida pela massa em cada ciclo vai ficando cada vez menor, até que ela pára.

Isto é, a amplitude do movimento vai dimuindo até se extinguir. Mas, atenção para um fato importante: a amplitude diminui mas a frequência da vibração não muda! Esse fato já tinha sido observado por Galileu e sempre foi utilizado pelos fabricantes de relógio.

A amplitude diminui porque a vibração sofre a ação dos atritos que vão lhe sugando a energia de movimento. Dizemos que a vibração é AMORTECIDA. O amortecedor de carro tem seu nome exatamente porque amortece as vibrações das rodas.

Ressonância

Como fazer para evitar que a vibração da mola amorteça e pare? Simples, basta ajudá-la com pequenos movimentos da mão, para cima e para baixo. Nesse caso, dizemos que a vibração é FORÇADA pelo movimento de sua mão. Dessa forma, a energia que o sistema perde para os atritos é compensada pela energia fornecida por sua mão e a vibração continua indefinidamente, ou até você cansar.

Ressonância

Fazendo essas experiências simples você logo nota que existe um jeitinho certo de balançar a mão para que o sistema massa-mola vibre com grande amplitude.

Fonte: www.fisica.ufc.br

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