17.1: Som

Objetivos de

Ao final desta seção, você poderá:

• Defina som e audição.
• Descreva o som como uma onda longitudinal.

O som pode ser usado como uma ilustração familiar das ondas. Como a audição é um dos nossos sentidos mais importantes, é interessante ver como as propriedades físicas do som correspondem às nossas percepções sobre ele. A audição é a percepção do som, assim como a visão é a percepção da luz visível. Mas o som tem aplicações importantes além da audição. O ultrassom, por exemplo, não é ouvido, mas pode ser empregado para formar imagens médicas e também é usado no tratamento.

Figura\(\PageIndex{1}\): Este vidro foi quebrado por uma onda sonora de alta intensidade com a mesma frequência da frequência de ressonância do vidro. Embora o som não esteja visível, os efeitos do som provam sua existência. (crédito: ||read||, Flickr)

O fenômeno físico do som é definido como uma perturbação da matéria que é transmitida de sua fonte para fora. O som é uma onda. Na escala atômica, é uma perturbação dos átomos que é muito mais ordenada do que seus movimentos térmicos. Em muitos casos, o som é uma onda periódica e os átomos passam por movimentos harmônicos simples. Neste texto, exploraremos essas ondas sonoras periódicas.

Uma corda vibrante produz uma onda sonora, conforme ilustrado nas Figuras\(\PageIndex{2}\) -\(\PageIndex{4}\). À medida que a corda oscila para frente e para trás, ela transfere energia para o ar, principalmente como energia térmica criada pela turbulência. Mas uma pequena parte da energia da corda é usada para comprimir e expandir o ar circundante, criando pressões locais um pouco mais altas e mais baixas. Essas compressões (regiões de alta pressão) e rarefações (regiões de baixa pressão) se movem como ondas de pressão longitudinais com a mesma frequência da corda - elas são a perturbação que é uma onda sonora. (As ondas sonoras no ar e na maioria dos fluidos são longitudinais, porque os fluidos quase não têm resistência ao cisalhamento. Em sólidos, as ondas sonoras podem ser tanto transversais quanto longitudinais.) A figura\(\PageIndex{4}\) mostra um gráfico da pressão manométrica versus a distância da corda vibratória.

Figura\(\PageIndex{2}\): Uma corda vibratória que se move para a direita comprime o ar à sua frente e expande o ar atrás dela.

Figura\(\PageIndex{3}\): À medida que a corda se move para a esquerda, ela cria outra compressão e rarefação à medida que as da direita se afastam da corda.

Figura\(\PageIndex{4}\): Depois de muitas vibrações, há uma série de compressões e rarefações saindo da corda como uma onda sonora. O gráfico mostra a pressão manométrica versus a distância da fonte. As pressões variam apenas ligeiramente das atmosféricas para sons comuns.

A amplitude de uma onda sonora diminui com a distância de sua fonte, porque a energia da onda se espalha por uma área cada vez maior. Mas também é absorvido por objetos, como o tímpano na Figura\(\PageIndex{5}\), e convertido em energia térmica pela viscosidade do ar. Além disso, durante cada compressão, um pouco de calor é transferido para o ar e, durante cada rarefação, ainda menos calor é transferido do ar, de modo que a transferência de calor reduz a perturbação organizada em movimentos térmicos aleatórios. (Esses processos podem ser vistos como uma manifestação da segunda lei da termodinâmica apresentada em Introdução à Segunda Lei da Termodinâmica: motores térmicos e sua eficiência.) Se a transferência de calor da compressão para a rarefação é significativa depende da distância entre eles, ou seja, depende do comprimento de onda. O comprimento de onda, a frequência, a amplitude e a velocidade de propagação são importantes para o som, assim como para todas as ondas.

Figura\(\PageIndex{5}\): As compressões e rarefações das ondas sonoras sobem pelo canal auditivo e forçam o tímpano a vibrar. Há uma força líquida no tímpano, pois as pressões das ondas sonoras diferem da pressão atmosférica encontrada atrás do tímpano. Um mecanismo complicado converte as vibrações em impulsos nervosos, que são percebidos pela pessoa.

EXPLORAÇÕES PHET: INTERFERÊNCIA DE ONDAS

Faça ondas com uma torneira pingando, alto-falante de áudio ou laser! Adicione uma segunda fonte ou um par de fendas para criar um padrão de interferência.

Figura\(\PageIndex{6}\): Interferência de onda

Resumo

• O som é um distúrbio da matéria que é transmitido de sua fonte para fora.
• O som é um tipo de onda.
• A audição é a percepção do som.

Glossário

som

uma perturbação da matéria que é transmitida de sua fonte para o exterior

audição

a percepção do som