Ondas sonoras

As ondas sonoras são ondas mecânicas, longitudinais e tridimensionais que se propagam por meio de pertubações em meios físicos, como sólidos e fluidos.

Alguns fatores que podem influenciar na propagação das ondas sonoras são o tipo de meio; a temperatura, umidade, pressão e massa específica do meio; obstáculos; e a frequência de oscilação.

Leia também: 5 curiosidades que você precisa saber sobre as ondas sonoras

Resumo sobre as ondas sonoras

• As ondas sonoras são ondas mecânicas, longitudinais e tridimensionais que se propagam por meio de pertubações em meios físicos, como sólidos e fluidos.
• São captadas pelos ouvidos, transformadas pela cóclea e interpretadas pelo cérebro.
• Suas características são intensidade, altura, timbre, amplitude, frequência, comprimento de onda e velocidade de propagação.
• Propagam-se por meio de oscilações em meios físicos.
• São importantes para a engenharia, física, química, medicina, biologia, música, cinema, geofísica, oceanografia e outros.
• O efeito Doppler pode acontecer com ondas sonoras ou luminosas.

O que são ondas sonoras?

As ondas sonoras são consideradas mecânicas, já que se propagam através de vibrações em meios materiais sólidos, líquidos e gasosos, mas não se propagam no vácuo; longitudinais, já que a sua direção de vibração é a mesma da direção de propagação; e tridimensionais, pois oscilam nas três dimensões.

Características das ondas sonoras

As características das ondas sonoras são: intensidade, altura, timbre, frequência, amplitude, comprimento de onda e velocidade de propagação.

• Amplitude: é a medida da distância da crista ou do vale até o eixo central.
• Intensidade sonora: é determinada pela amplitude, de modo que quanto maior a amplitude, maior será a intensidade sonora.
• Frequência: é a quantidade de oscilações que uma onda sonora realiza num período. Ela é calculada por meio das fórmulas:

\(f = \frac{1}{T}\)

f  → frequência, medida em Hertz [Hz].

T  → período, medido em segundos [s].

\(f = \frac{n}{\Delta t}\)

f  → frequência, medida em Hertz [Hz].

n  → número de oscilações.

∆t → variação de tempo, medida em segundos [s].

• Altura: é determinada com base na frequência da onda sonora. Sons de alta frequência são agudos, e sons de baixa frequência são graves.
• Timbre: é a forma de vibração da onda, dependendo da fonte sonora.
• Comprimento de onda: é o tamanho da onda sonora, dado pela distância entre uma crista (ponto mais alto da onda) e um vale (ponto mais baixo da onda), duas cristas consecutivas ou dois vales consecutivos.
• Velocidade de propagação: é a velocidade em que uma onda sonora se propaga num meio físico. Ela é calculada pelas fórmulas:

\(v = \lambda \cdot f \)

v  → velocidade de propagação da onda, medida em [m/s].

λ  → comprimento de onda, medido em metros [m].

f  → frequência, medida em Hertz [Hz].

\(v = \frac{\lambda}{T}\)

v  → velocidade de propagação da onda, medida em [m/s].

λ  → comprimento de onda, medido em metros [m].

T  → período, medido em segundos [s].

Como as ondas sonoras se propagam?

As ondas sonoras se propagam por meio de oscilações em meios físicos, como metais, água, ar. Quando essas oscilações ocorrem, temos a geração de diferentes comprimentos de onda e frequências de oscilação que são captados pelos ouvidos, transformados pela cóclea e interpretados pelo cérebro.

Existem alguns fatores que podem influenciar na propagação das ondas sonoras, como o tipo de meio; a temperatura, a umidade, a pressão e a massa específica do meio; obstáculos; e a frequência de oscilação.

Importância das ondas sonoras

As ondas sonoras são extremamente importantes para a engenharia, a física, a química, a medicina, a biologia, a música, o cinema, a geofísica, a oceanografia, e diversas outras áreas de conhecimento.

Aplicações das ondas sonoras

As ondas sonoras são aplicadas em diversas situações. Pensando nisso, selecionamos algumas das suas aplicações.

• estudo de ondas sísmicas;
• desenvolvimento de instrumentos musicais;
• arquitetura acústica de ambientes;
• ultrassonografias;
• audiometria;
• terapia do som;
• sonares;
• limpeza de joias;
• ecolocalização dos animais;
• comunicação.

Efeito Doppler

O efeito Doppler é um fenômeno ondulatório que acontece em ondas eletromagnéticas, como a luz, e em ondas mecânicas, como o som. Ele ocorre sempre que existe um movimento relativo entre a fonte que transmite as ondas e quem as observa/ouve, modificando a frequência e, consequentemente, o comprimento da onda percebidos.

• Exemplo: Se a fonte que transmite as ondas se distancia de quem a observa/ouve, então ocorre o aumento do comprimento de onda sonora. Com isso, a frequência da onda sonora diminui e o som fica mais grave. Já se a fonte que transmite as ondas se aproxima de quem a observa/ouve, então ocorre a diminuição do comprimento de onda sonora. Com isso, a frequência da onda sonora aumenta e o som fica mais agudo.

O efeito Doppler é calculado pela fórmula:

\(f_o = f \cdot \frac{v_{\text{som}} \pm v_o}{v_{\text{som}} \pm v_{\text{fonte}}} \)

f_o → frequência observada ou frequência Doppler, medida em Hertz [Hz].

f → frequência emitida, medida em Hertz [Hz].

v_som → velocidade do som (ou da onda), medida em [m/s].

v_o → velocidade do observador, medida em [m/s].

v_f → velocidade da fonte emissora das ondas, medida em [m/s].

Importante: Os sinais no numerador e denominador variam de acordo com a aproximação ou o afastamento do observador e da fonte.

• Observador se aproxima da fonte emissora: sinal positivo no numerador.
• Observador se afasta da fonte emissora: sinal negativo no numerador.
• Fonte emissora se aproxima do observador: sinal negativo no denominador.
• Fonte emissora se afasta do observador: sinal positivo no denominador.

Para saber mais detalhes sobre o efeito Doppler, clique aqui.

Exercícios resolvidos sobre ondas sonoras

Questão 1

(UFSCar) Um homem adulto conversa com outro de modo amistoso e sem elevar o nível sonoro de sua voz. Enquanto isso, duas crianças brincam emitindo gritos eufóricos, pois a brincadeira é um jogo interessante para elas. O que distingue os sons emitidos pelo homem dos emitidos pelas crianças

A) é o timbre, apenas.

B) é a altura, apenas.

C) são a intensidade e o timbre, apenas.

D) são a altura e a intensidade, apenas.

E) são a altura, a intensidade e o timbre.

Resolução:

Alternativa E

O que distingue os sons emitidos pelo homem dos emitidos pelas crianças são a altura (grave /agudo), a intensidade (tom amistoso/gritos) e o timbre (adulto/infantil).

Questão 2

(UFPEL) Recentemente o físico Marcos Pontes se tornou o primeiro astronauta brasileiro a ultraar a atmosfera terrestre. Diariamente existiam contatos entre Marcos e a base, e alguns deles eram transmitidos através dos meios de comunicação. Com base no texto e em seus conhecimentos, é correto afirmar que conseguíamos “ouvir” e “falar” com Marcos porque, para essa conversa, estavam envolvidas:

A) apenas ondas mecânicas — transversais , já que estas se propagam tanto no vácuo como no ar.

B) apenas ondas eletromagnéticas — longitudinais —, já que estas se propagam tanto no vácuo como no ar.

C) ondas eletromagnéticas — transversais —, que apresentam as mesmas freqüência, velocidade e comprimento de onda, ao arem de um meio para outro.

D) ondas mecânicas — transversais —, que apresentam as mesmas freqüência, velocidade e comprimento de onda, ao arem de um meio para outro.

E) tanto ondas eletromagnéticas — transversais —, que se propagam no vácuo, como ondas mecânicas — longitudinais —, que necessitam de um meio material para a sua propagação.

Resolução:

Alternativa E

Conseguíamos “ouvir” e “falar” com Marcos porque, para essa conversa, estavam envolvidas as ondas eletromagnéticas, para que sejam transportadas no vácuo, e ondas mecânicas, para a reprodução das falas.

Fontes

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Fluidos, Oscilações e Ondas, Calor (vol. 2). 5 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2015.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Gravitação, Ondas e Termodinâmica (vol. 2). 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.