Acústica na UEM: Som, Ruído e Pegadinhas

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Natureza da onda sonora

O som é uma onda mecânica longitudinal em fluidos e tridimensional. Pegadinha UEM: afirmar que o som se propaga no vácuo ou que é uma onda eletromagnética transversal.

Velocidade do som e estado físico da matéria

Em geral, v_sólidos > v_líquidos > v_gases devido à elasticidade e proximidade molecular. Pegadinha UEM: achar que meios mais densos sempre propagam o som mais lentamente.

Velocidade do som em um mesmo meio

A velocidade depende exclusivamente das propriedades do meio e da temperatura. Pegadinha UEM: dizer que sons mais agudos ou mais intensos viajam mais rápido no mesmo ar.

Influência da temperatura na velocidade do som no ar

A velocidade aumenta com o aumento da temperatura do ar (v proporcional a raiz de T). Pegadinha UEM: afirmar que o som se propaga mais rápido em noites frias de inverno.

Altura do som

Qualidade fisiológica ligada à frequência: som alto é agudo (alta f), som baixo é grave (baixa f). Pegadinha UEM: confundir som alto com volume elevado (intensidade).

Intensidade sonora

Qualidade fisiológica associada à amplitude da onda e à energia transportada (forte vs fraco). Pegadinha UEM: afirmar que um som 'alto' causa mais danos ao tímpano por sua altura.

Timbre sonoro

Qualidade que permite distinguir fontes distintas emitindo a mesma nota (mesma f). Depende do formato da onda e dos harmônicos. Pegadinha UEM: associar o timbre à frequência fundamental.

Diferença física entre som musical e ruído

O som musical possui periodicidade e espectro harmônico bem definido; o ruído é aperiódico e desordenado. Pegadinha UEM: tratar ruído como som de intensidade elevada.

Espectro audível humano

Compreende frequências entre 20 Hz e 20.000 Hz. Abaixo de 20 Hz é infrassom e acima de 20 kHz é ultrassom. Pegadinha UEM: dizer que ultrassons são inaudíveis por terem intensidade nula.

Nível de intensidade sonora (decibéis)

Escala logarítmica beta = 10 log(I/I0). A cada aumento de 10 dB, a intensidade I é multiplicada por 10. Pegadinha UEM: somar 60 dB com 60 dB e marcar 120 dB em vez de cerca de 63 dB.

Limiar de audibilidade

Menor intensidade percebida pelo ouvido humano, padronizada em I0 = 10^(-12) W/m^2 (0 dB). Pegadinha UEM: confundir o valor de I0 com o limiar da dor (aproximadamente 1 W/m^2 ou 120 dB).

Atenuação esférica da intensidade sonora

A intensidade diminui com o quadrado da distância da fonte pontual (I = P / (4 pi r^2)). Pegadinha UEM: assumir que dobrar a distância reduz a intensidade à metade, e não a um quarto.

Reflexão do som e conservação de grandezas

Na reflexão, frequência, comprimento de onda e velocidade permanecem inalterados. Pegadinha UEM: afirmar que a reflexão altera a altura ou o tom da nota musical emitida.

Condição temporal para o eco

O intervalo entre a emissão e a recepção deve ser maior ou igual a 0,1 s para o ouvido separar os sons. Pegadinha UEM: esquecer de dobrar a distância (ida e volta) no cálculo de d = v * t / 2.

Distância mínima para ocorrência de eco no ar

Com v = 340 m/s e delta t = 0,1 s, a distância mínima até o obstáculo é 17 m. Pegadinha UEM: usar 34 m na resposta esquecendo que o som precisa ir e voltar.

Reverberação

Prolongamento da sensação auditiva quando o som refletido chega com atraso inferior a 0,1 s. Pegadinha UEM: classificar reverberação como um fenômeno de refração em salas fechadas.

Refração sonora

Passagem do som para outro meio com alteração de velocidade e comprimento de onda; a frequência nunca muda. Pegadinha UEM: afirmar que uma voz muda de agudo para grave ao passar do ar para a água.

Difração do som

Capacidade da onda sonora de contornar obstáculos com dimensões comparáveis ao seu comprimento de onda. Pegadinha UEM: supor que sons agudos sofrem maior difração que graves (graves têm maior lambda).

Interferência construtiva e destrutiva de som

Superposição de ondas em fase gera reforço sonoro; em oposição de fase gera silêncio parcial ou total. Pegadinha UEM: associar fones canceladores de ruído à absorção e não à interferência destrutiva.

Batimento acústico

Interferência de duas ondas sonoras de frequências ligeiramente distintas, gerando modulação de amplitude. Pegadinha UEM: calcular a frequência do batimento como a média das frequências em vez da subtração.

Fórmula da frequência de batimento

f_bat = |f1 - f2|. Pegadinha UEM: achar que a frequência resultante do som ouvido é igual a f_bat, quando ela é na verdade a média (f1 + f2)/2 modulada por f_bat.

Ressonância sonora

Ocorre quando uma fonte emite em frequência igual a uma das frequências naturais de vibração de um sistema. Pegadinha UEM: dizer que na ressonância a frequência do sistema aumenta progressivamente.

Efeito Doppler sonoro

Alteração aparente da frequência recebida devido ao movimento relativo entre fonte e observador. Pegadinha UEM: considerar que a velocidade da onda muda no meio durante o efeito Doppler.

Efeito Doppler: aproximação relativa

Gera aumento na frequência aparente percebida pelo ouvinte (som mais agudo). Pegadinha UEM: afirmar que a aproximação torna o som mais grave ou que a frequência própria da fonte mudou.

Efeito Doppler: afastamento relativo

Gera redução na frequência aparente percebida pelo ouvinte (som mais grave). Pegadinha UEM: achar que o observador parado e fonte parada com vento forte sofrem o mesmo efeito Doppler.

Ondas sonoras estacionárias

Padrão de vibração com nós (interferência destrutiva) e ventres (interferência construtiva) sem transporte líquido de energia. Pegadinha UEM: afirmar que nos nós a pressão acústica é sempre nula.

Nós de deslocamento vs ventres de pressão

Onde as partículas não se deslocam (nó de deslocamento), a variação de pressão é máxima (ventre de pressão). Pegadinha UEM: tratar nós de deslocamento e nós de pressão como coincidentes.

Extremidade fechada de tubo sonoro

Comporta-se obrigatoriamente como nó de deslocamento e ventre de pressão. Pegadinha UEM: desenhar ventre de deslocamento em extremidade fechada ao deduzir frequências harmônicas.

Extremidade aberta de tubo sonoro

Comporta-se obrigatoriamente como ventre de deslocamento e nó de pressão. Pegadinha UEM: achar que a pressão atmosférica na ponta aberta permite compressão máxima livre.

Harmônicos em cordas fixas nas duas pontas

Frequências dadas por f_n = n * v / (2L), contendo todos os harmônicos inteiros (n = 1, 2, 3...). Pegadinha UEM: esquecer que o comprimento L contém n semicomprimentos de onda (n * lambda / 2).

Lei de Taylor para velocidade em cordas

v = raiz(T / mu), onde T é a força de tração e mu é a densidade linear de massa. Pegadinha UEM: duplicar a tração T e achar que a frequência do som emitido pela corda também dobra.

Tubos abertos nas duas extremidades

Apresentam todos os harmônicos: f_n = n * v / (2L), com n = 1, 2, 3... Pegadinha UEM: acreditar que tubos sonoros abertos só emitem harmônicos ímpares.

Tubos sonoros fechados em uma extremidade

Apresentam apenas harmônicos ímpares: f_n = n * v / (4L), para n = 1, 3, 5... Pegadinha UEM: tentar calcular o segundo harmônico (n = 2) de um tubo fechado, pois ele não existe.

Primeiro harmônico (fundamental) em tubo fechado

O comprimento do tubo equivale a um quarto de onda: L = lambda / 4, logo f1 = v / (4L). Pegadinha UEM: usar L = lambda / 2 como no caso de tubo aberto.

Frequência fundamental de uma corda ao encurtar o comprimento

A frequência fundamental é inversamente proporcional ao comprimento (f1 proporcional a 1/L). Pegadinha UEM: afirmar que prender o traste do violão na metade altera a velocidade de propagação na corda.

Cone de Mach e onda de choque

Ocorre quando a fonte supera a velocidade do som no meio (regime supersônico), gerando sobreposição cônica de frentes. Pegadinha UEM: afirmar que a velocidade do som se torna infinita na quebra da barreira.

Número de Mach

Razão entre a velocidade da fonte e a velocidade do som no meio (M = v_fonte / v_som). Pegadinha UEM: tratar o número de Mach como grandeza com unidade de velocidade (m/s).

Polarização do som no ar

O som não pode ser polarizado em fluidos por ser uma onda exclusivamente longitudinal. Pegadinha UEM: marcar como verdadeira afirmativa sobre fones polarizadores de ondas sonoras no ar.

Consonância e dissonância acústica

Consonância é a sensação de estabilidade gerada por razões matemáticas simples entre frequências (ex: 2:1 oitava). Pegadinha UEM: afirmar que dissonância é sinônimo estrito de ausência de interferência.

Intervalo musical de oitava

Razão entre as frequências de duas notas é exatamente 2:1 (f2 = 2 * f1). Pegadinha UEM: acreditar que subir uma oitava significa somar um valor fixo de frequência em Hz.

Comprimento de onda acústico na mudança de meio

Como f é constante, lambda varia proporcionalmente à velocidade v (lambda = v / f). Pegadinha UEM: supor que lambda diminui ao entrar na água, quando na verdade ele aumenta pois v cresce.

Potência acústica e intensidade

Potência é a energia emitida por unidade de tempo (W); intensidade é a potência por unidade de área (W/m^2). Pegadinha UEM: confundir as unidades e tratar watt e watt por metro quadrado como iguais.

Propagação sonora contra o vento

O perfil de vento causa refração que curva a trajetória das frentes de onda sonoras para cima. Pegadinha UEM: achar que o vento apenas diminui a intensidade sem alterar o raio de propagação.

Inversão térmica e propagação sonora noturna

Com o solo frio e ar mais quente acima, as ondas sofrem refração curvando-se para o solo, ouvindo-se sons mais longe. Pegadinha UEM: julgar que o som se propaga pior à noite devido ao frio.

Ondas sonoras transversais em sólidos

Em meios sólidos elásticos, além de ondas longitudinais, podem existir componentes de ondas sonoras transversais de cisalhamento. Pegadinha UEM: generalizar que qualquer som no universo é puramente longitudinal.

Variação do nível sonoro ao duplicar a intensidade

Duplicar a intensidade (2I) resulta em acréscimo de aproximadamente 3 dB (10 * log 2 = 3,01 dB). Pegadinha UEM: somatória UEM cobrar se o dobro de intensidade dobra a escala em decibéis.

Absorção sonora em materiais acústicos

A energia acústica é dissipada em calor pela fricção do ar nas cavidades do material poroso. Pegadinha UEM: afirmar que a absorção acústica destrói a energia sonora violando a conservação de energia.

Frequência e percepção de afinação

Quanto maior a frequência fundamental, mais agudo é o som percebido pelo ouvido humano. Pegadinha UEM: associar agudeza de uma nota à amplitude da vibração da corda.

Tubo fechado: relação entre comprimento e terceiro harmônico

No tubo fechado com n = 3, L = 3 * lambda / 4, logo f3 = 3 * v / (4L). Pegadinha UEM: esquecer que o harmônico n = 3 é o primeiro harmônico sucessor ao fundamental no tubo fechado.

Fonte sonora em repouso e vento em movimento

A velocidade aparente do som muda em relação ao solo (v_som +/- v_vento), alterando o comprimento de onda sem efeito Doppler de frequência da fonte. Pegadinha UEM: aplicar a fórmula de Doppler da fonte em movimento.

Efeito da densidade na velocidade do som em gases

Pela equação v = raiz(gamma * R * T / M), a velocidade é inversamente proporcional à raiz da massa molar M. Pegadinha UEM: gás hélio deixa a voz aguda pela velocidade maior no trato vocal, não por mudar a laringe.

Pressão sonora e deslocamento de partículas em fase

O sinal da variação de pressão é defasado em 90 graus (pi/2 rad) em relação ao deslocamento das partículas na onda progressiva. Pegadinha UEM: assumir que pressão máxima coincide com deslocamento máximo das moléculas.