Som e ondas

Na física, o som é um tipo de energia que se propaga na forma de vibrações pelo ar ou outro meio. Essas vibrações chegam aos nossos ouvidos e são interpretadas pelo nosso cérebro, permitindo-nos ouvir sons. As ondas, por outro lado, são o método pelo qual o som - e muitas outras formas de energia - são transmitidos. Ao entender as ondas, também podemos entender como o som funciona.

O que são ondas?

Ondas são perturbações que se deslocam pelo espaço e pelo tempo, e transferem energia sem transferir matéria. Existem dois tipos principais de ondas: ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas. O som é um tipo de onda mecânica, o que significa que ele precisa de um meio (como ar, água ou matéria sólida) para viajar.

Ondas mecânicas

Ondas mecânicas requerem um meio para viajar. Elas não podem viajar no vácuo. Exemplos incluem ondas em uma corda, ondas de água e ondas sonoras. Estas ondas podem ser classificadas em dois tipos:

Ondas transversais

Nas ondas transversais, o deslocamento das partículas é perpendicular à direção de propagação da onda. Um exemplo clássico de onda transversal é uma onda em uma corda. Se você sacudir uma corda presa em uma extremidade, pode ver cristas e vales viajando ao longo da corda, perpendiculares ao movimento inicial.

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  ----> direção da onda

Ondas longitudinais

Nas ondas longitudinais, o deslocamento das partículas é paralelo à direção de propagação da onda. Ondas sonoras no ar são o principal exemplo. Quando alguém fala, regiões onde as partículas de ar estão comprimidas (compressão) e regiões onde as partículas estão mais espalhadas (rarefação) viajam pelo ar.

  [ Compressão ] [ Rarefação ]
  ----> direção da onda

O que é som?

O som é um tipo de onda mecânica que é produzido pela vibração das partículas. Ele se propaga através da matéria na forma de onda. Ao contrário da luz, o som não pode viajar no vácuo; ele precisa de um meio para se propagar.

Como o som viaja?

O som começa em uma fonte vibratória, como cordas de guitarra, cordas vocais ou palmas. Essas vibrações fazem com que as moléculas de ar próximas vibrem. Isso cria regiões onde as moléculas estão agrupadas (compressão) e regiões onde estão mais espalhadas (rarefação). Essas regiões de compressão e rarefação viajam através do meio como ondas sonoras.

Características das ondas sonoras

As ondas sonoras têm várias características, incluindo frequência, comprimento de onda, amplitude e velocidade.

• Frequência: Frequência refere-se ao número de oscilações ou ciclos que ocorrem em um tempo unitário. É medida em Hertz (Hz).
• Comprimento de onda: Comprimento de onda é a distância entre duas compressões ou rarefações sucessivas.
• Amplitude: Amplitude está relacionada à energia ou força da onda sonora. Amplitude maior significa som mais alto.
• Velocidade: A velocidade do som varia dependendo do meio. Geralmente, o som viaja mais rápido em sólidos, mais devagar em líquidos e mais devagar ainda em gases.

Velocidade do som

Em temperatura ambiente padrão, a velocidade do som no ar é de cerca de 343 metros por segundo (m/s). Na água, o som viaja a cerca de 1.480 m/s. Através do aço, ele se move a cerca de 5.120 m/s.

A velocidade do som é afetada por fatores como temperatura, densidade e elasticidade do meio. Temperaturas mais quentes geralmente aumentam a velocidade do som, porque as moléculas do meio se movem mais rapidamente e transmitem som mais rapidamente.

Fórmulas físicas:

    Velocidade do som (v) = frequência (f) × comprimento de onda (λ)
    

Intervalo de audição humana

Os humanos podem ouvir sons que variam de 20 Hz a 20.000 Hz. Sons abaixo de 20 Hz são chamados de infrassônicos (como terremotos), e sons acima de 20.000 Hz são chamados de ultrassônicos (como apitos de cachorro ou dispositivos de ultrassom).

Como funciona a audição humana?

Quando ondas sonoras chegam ao ouvido humano, elas passam inicialmente pelo canal auditivo e então alcançam o tímpano. O tímpano vibra e transmite essas vibrações aos pequenos ossos presentes no ouvido médio. Esses ossos amplificam o som e o enviam para o ouvido interno, onde a cóclea, um órgão em forma de espiral, converte essas vibrações em sinais elétricos. Esses sinais são enviados ao cérebro e interpretados como som.

Eco e reflexões

Um eco é um som refletido que atinge os ouvidos do ouvinte algum tempo após o som original. A reflexão do som segue as mesmas regras da reflexão da luz. Em alguns lugares, como em um salão vazio ou em uma montanha, o eco pode ser bastante óbvio.

Aplicação

A reflexão do som é usada em uma variedade de tecnologias, como equipamentos de sonar usados por navios para detectar objetos subaquáticos. Em edifícios, a insonorização muitas vezes visa reduzir os ecos para melhorar a qualidade do som. Materiais absorventes de som são usados para gerenciar a acústica em acústica e arquitetura.

Propriedades do som

Intonação

O tom é determinado pela frequência da onda sonora. Frequências mais altas significam tom mais alto. Por exemplo, um apito produz um som agudo, enquanto a batida de um tambor produz um som grave.

Volume

A intensidade do som está relacionada à amplitude da onda sonora. Quanto maior a amplitude, mais alto é o som. Um sussurro tem baixa amplitude e é suave, enquanto um grito tem alta amplitude e é alto.

Ritmo

O timbre ou qualidade do som é o que distingue dois sons quando o tom e o volume são iguais. É determinado pelo número e força dos harmônicos que eles contêm. Diferentes instrumentos produzem timbres diferentes, mesmo quando tocam no mesmo tom e volume.

Como funcionam os instrumentos musicais

Instrumentos musicais produzem som por meio de vibração. Dependendo do processo de produção de som, eles podem ser classificados em vários tipos:

Instrumentos de corda

Instrumentos musicais como a guitarra, o violino e o violoncelo produzem som quando suas cordas vibram. Dedilhar ou esfregar as cordas produz vibrações, que viajam pelo ar como ondas sonoras.

    --- a corda puxada está vibrando ---   
    ,  

Instrumentos de sopro

Flautas, clarinetes e trompetes produzem som quando o ar dentro do tubo vibra. Quando o ar passa pelo bocal ou palheta, faz com que o ar dentro vibre, produzindo som.

       ,  
   ---| ar |--- onda sonora  
       ,

Instrumentos de percussão

Tamborins e xilofones produzem som quando golpeados. Quando você bate nesses instrumentos, as vibrações na superfície produzem ondas sonoras no ar.

Aplicações das ondas sonoras

Ultrassom

Ondas ultrassônicas, com sua alta frequência, são usadas em imagens e tratamentos médicos. Por exemplo, em ultrassonografias, ondas ultrassônicas ajudam a visualizar órgãos internos, incluindo um feto em desenvolvimento durante a gravidez.

Comunicações

Humanos e animais usam som para se comunicar. Sons podem transmitir informações, sinais e emoções. Na natureza, os animais usam som para chamados de acasalamento, avisos ou navegação.

Música e entretenimento

O som é parte integrante da música e do entretenimento. Composições musicais, diálogos falados e efeitos sonoros enriquecem nossas experiências no cinema e em apresentações.

Acústica

Na acústica, engenheiros projetam salas de concerto e estúdios para gerenciar as reflexões do som para criar um ambiente de audição agradável. Materiais e design de espaço consideram a propagação, absorção e difusão do som.

Conclusão

O estudo do som e das ondas nos mostra como a energia se propaga e como percebemos vibrações como som. Conhecer as ondas nos ajuda a entender muitos fenômenos naturais e a desenvolver tecnologias que aprimoram comunicações, imagens médicas e entretenimento. A interação do som com diversos meios o torna aplicável em uma variedade de aplicações, desde conversas diárias até pesquisas científicas e design avançado.

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