Trabalho Interdisciplinar de Físico-Química

Som

Nas últimas aulas de Físico-Química estivemos a falar sobre o Som. E nós vamos explicar um pouco sobre ele.

                A acústica é o ramo da física que estuda o som. Os sons produzem-se através de vibrações de corpos, que são movimentos repetidos de um corpo, ou de uma parte dele, em torno da sua posição de equilíbrio. Todo o corpo que produz som, é uma fonte sonora.

                O ser humano fala e outros sons são produzidos na laringe. Há duas tiras de tecido muscular elástico e resistente, esticadas na abertura da laringe, que são chamadas cordas vocais. Os músculos da laringe movem as cordas vocais, fazendo-as abrir e fechar. Quando respiramos, as cordas vocais estão afastadas. Quando falamos as nossas cordas vocais estão praticamente fechadas, exigindo apenas uma pequena abertura entre elas. O ar, ao passar através dessa abertura, faz com que as cordas vocais vibrem, emitindo sons.

                O nosso ouvido permite distinguir e ouvir sons variados. São os três atributos que permitem distinguir estes sons produzidos uns dos outros, e eles são: a Altura, a Intensidade e o Timbre.

Ø  A intensidade é a característica que nos permite distinguir sons fortes de sons fracos.  Quando mais forte for o som, maior é a amplitude de vibração, ou seja, há mais energia. Se for um som fraco, há menor amplitude de vibração, ou seja, há menos energia libertada. A intensidade de um som depende da amplitude de vibração da fonte sonora.

Ø  A altura do som permite distinguir sons agudos (altos) de sons graves (baixos). Este, depende da frequência, que se exprime em Hertz (Hz). Quando um som for alto, há vibrações rápidas e há maior frequência, logo há um som agudo. Quando houver um som baixo, a vibração é lenta e há menor frequência, logo vai haver um som grave. Nos instrumentos de corda a altura depende da espessura, do comprimento e da tensão da corda, mas os sons de sopro dependem do comprimento do tubo do ar que vibra.

Ø  O timbre distingue sons com a mesma altura e a mesma intensidade, emitidos por fontes sonoras diferentes. Este depende de diferentes características da fonte sonora, como o material e a forma.

O som não se propaga no vazio, ou seja, só se propaga em meios sólidos, líquidos ou gasosos. No ar, o som propaga-se pelos corpúsculos de ar vibram e transferem energia entre si. Na propagação do som há transferência de energia, por vezes a grandes distâncias da fonte sonora, mas não há deslocamento de corpúsculos ao longo do tempo. Numa onda sonora as primeiras zonas são as de rarefacção (tem o ar pouco denso) e as segundas são zonas de compressão (tem ar muito denso).

                O ouvido humano é dividido em três partes, pelo ouvido externo, pelo ouvido médio e pelo ouvido interno. O ouvido externo carpa as vibrações, o ouvido médio amplifica as vibrações e ouvido interno transforma as vibrações em impulsos eléctricos. Na imagem abaixo apresentada, vemos a constituição do ouvido humano.

Ouvido humano

Quanto menor for a temperatura, menor agitação corpuscular existe, logo há menos velocidade de propagação do som no ar. Se houver uma maior temperatura, vai haver maior agitação corpuscular, logo vai haver maior velocidade de propagação do som no ar.

Muitos corpúsculos elevam a probabilidade se colisão, logo a velocidade do som é alta. Mas se houver poucos corpúsculos, há pouco probabilidade de colisão, logo a velocidade de som é baixa.

Quanto maior for a capacidade dos corpúsculos para vibrarem em torno das suas posições inicias, mais rápida será a propagação do som. Estes meios são designam-se por meios elástico, onde há maior facilidade dos corpúsculos em vibrar. Nos meios elásticos os corpúsculos têm menor facilidade em vibrar.

Os sons podem ser sons audíveis ou não audíveis. Ou seja, podem ser infra-sons ou ultra-sons. Os infra-sons têm frequência inferior de 20Hz, ou ultra-sons têm a frequência superior a 20000 Hz. Isto, pelo ouvido humano, pois há animais que ouvem infra-sons, com o elefante, ou animais que ouvem ultra-sons, como o cão.

O nosso ouvido é muito sensível, por isso nós temos o limiar de audição, que é a intensidade mínima de um som que conseguimos ouvir, e temos também o limiar de dor que é a intensidade de um som que começa a provocar dor.

Para indicar a sensação auditiva podemos utilizar a grandeza nível de intensidade sonora, que se mede com sonómetros e exprime-se em decibéis (dB). Para detectar problemas auditivos usam-se os audiometros, utilizam-se também, gráficos que indicam o nível de intensidade sonora detectada para cada frequência do som, são chamados de audiogramas.

                Quando um som se propaga em meios materiais podem ocorrer fenómenos acústicos como, a reflexão, a absorção e a refracção.

Ø  Reflexão e absorção do som:

A reflexão do som é uma mudança de direcção ou apenas do sentido de propagação do som quando encontra um obstáculo, mas continua a propagar-se no mesmo meio. O primeiro som chama-se som incidente, e o segundo som reflectido. Se o som incidente estiver na direcção perpendicular, o som reflectido muda de sentido sem mudar de direcção, ou seja, volta para trás. Em qualquer dos casos dizemos que há reflexão do som. Quando um som incide numa superfície, parte da energia dos corpúsculos que vibram é transferida para essa superfície. Diz-se que há absorção do som. Por isso, os corpúsculos vibram com menos energia no som reflectido, ou seja, com menor amplitude, e o som reflectido tem intensidade menor do que o som incidente. Quando menos polida e rígida for a superfície, mais energia será absorvida e menos intenso será o som reflectido. Pelo contrário, uma superfície bastante polida e rígida absorverá menos som e, por isso, reflectirá mais som. O som que chega aos ouvidos pode provir directamente da fonte sonora – é o som incidente, ou directo – ou pode já ter sido reflectido em obstáculos - é o som reflectido.

O eco consiste na repetição de um som quando este é produzido diante um obstáculo. O som incide perpendicularmente a uma superfície plana e reflecte-se sem mudança de direcção. É, pois, a reflexão do som que origina o eco. Ou seja, o eco é a repetição de um som devido à reflexão num obstáculo. Mas não basta existir um obstáculo para ser produzido o eco. É necessário decorrer 0,1s entre dois sons para que eles possam ser distinguidos por uma pessoa. Durante 0,1s e à velocidade de 340m/s, o som propaga-se a uma distância de 34m, isto é, 2x17m. Então o som terá de percorrer 17m em cada sentido, ou seja, o obstáculo tem de estar, pelo menos, a 17m da pessoa para ela conseguir ouvir eco. Em sítios montanhosos podem ocorrer múltiplos ecos devidos a várias reflexões. O modo se sentido se orientação dos animais chama-se ecolocalização nos animais.

Quando uma fonte produz um som, ele chega-nos ao ouvido em instantes diferentes porque percorre distâncias diferentes, conforme é um som directo ou sofreu uma ou mais reflexões. O som percepcionado pelo ouvido resulta de sobreposição dos sons reflectidos. Por isso, depois de o som ter sido produzido há um intervalo de tempo em que ele continua a ser ouvido. Este fenómeno designa-se reverberação. A reverberação é o prolongamento som percepcionado, mesmo quando deixa de ser produzido, este fenómeno ocorre quando a diferença entre os instantes em que os sons são recebidos é menos do que 0,1s. Nestas condições os sons que chegam ao ouvido não se distinguem uns dos outros. Há um prolongamento do som, o som torna-se contínuo, mas vai perdendo intensidade.

Ø  Refracção e absorção do som

Quando o som passa de um meio para o outro, normalmente parte dele é absorvida e outra parte é transmitida para o segundo meio. É o que acontece quando um som é produzido no ar e há uma pessoa dentro de água: a pessoa ouve o som, embora este seja menos intenso do que o som incidente. O som incidente muda de direcção ao propagar-se no segundo meio, excepto se incidir perpendicularmente à superfície de separação dos dois meios. Este fenómeno chama-se refracção do som. O som no segundo meio, chama-se som refractado. No segundo meio o som propaga-se com velocidade diferente daquela com que se propagava no primeiro meio. Também neste caso há, em geral, absorção do som. Os fenómenos de refracção e reflexão do som ocorrem em simultâneo.

                Não é demais avisar que sons muito altos provocam poluição sonora, e esta poluição tem efeitos físicos (como a surdez) e efeitos fisiológicos (como o cansaço, stress, irritabilidade, enxaquecas, perda de concentração). E, este sons altos vão provocar ruído, que é um som indesejável para o ser humano.

                A onda sonora é a propagação de uma perturbação ocorrida no meio. Ou seja, o som é uma onda mecânica.

                Uma onda pode ser caracterizada por:

Ø  Comprimento de onda: Distância entre duas zonas de rarefacção ou duas zonas de compressão consecutivas.

Ø  Frequência: A frequência de uma onda pode ser baixa (som grave) ou alta (som agudo). Utiliza-se um osciloscópio para determinar a frequência da onda, neste aparelho não se vê a onda sonora, mas sim um sinal eléctrico com as mesmas características.

Ø  Amplitude: A amplitude de uma onda pode ser de um som fraco ou de um som forte. Também é possível ver a amplitude de uma onda através do osciloscópio.

Osciloscópio

As ondas podem ser:

                Longitudinais  –  A direcção de vibração dos corpúsculos coincide com a direcção de propagação da onda.

                Transversais  –  A direcção de vibração dos corpúsculos é perpendicular à direcção de propagação da onda. 

                Mecânicas – Só se propagam em meios materiais.

Resumindo:

O Som resulta de vibrações de uma fonte sonora. Quando um som incide numa superfície opaca ocorre absorção ou reflexão, se incidir numa superfície transparente ocorre absorção, refracção ou reflexão.

Um som pode ser não audível ou audível. Os sons audíveis são caracterizados pelo limiar da dor ou pelo limiar de audição, o que gera o nível de intensidade sonora.

O som é uma onda sonora que pode ser transversal ou longitudinal. Estas ondas caracterizam-se pelo comprimento da onda, pela amplitude, pela frequência e pela velocidade cujo valor no ar é 340m/s e aumenta com a temperatura.

O som tem atributos com o timbre, com a altura e com intensidade. A altura é classificada por sons agudos de sons graves, que por sua vez estão relacionados com a frequência. A intensidade está classificada por sons fracos e por sons fortes.