Som: definição, tipos, características e frequências

O som está ao nosso redor. Usamos nosso sentido de som para navegar em nosso ambiente, para nos comunicar e para desfrutar de música. Mas o que é som? Como é feito e como se transmite de um local para outro?

O som é um tipo de onda mecânica ou uma oscilação da matéria. Uma onda é uma perturbação que viaja de um local para outro em um meio. A chave aqui é que os pontos no meio oscilam no local enquanto a própria perturbação viaja.

Por exemplo, considere uma onda feita por uma multidão em um jogo de bola. Os fãs em seus assentos servem como meio de onda. Individualmente, eles se levantam, levantam os braços e depois se sentam - eles oscilam no lugar. A agitação, porém, percorre todo o estádio.

Oscilações em um meio tendem a vir em uma de duas variedades: As ondas transversais oscilam em ângulos retos na direção de viagem (como com o público no estádio, ou uma onda em uma corda) e as ondas longitudinais oscilam paralelamente à direção de viajar por.

As ondas sonoras são ondas longitudinais. Quando uma onda sonora se propaga através de um meio, como o ar, faz isso fazendo com que as moléculas de ar vibrem, o que causa mudanças no pressão do ar, resultando em compressões (regiões de alta pressão) e rarefações (regiões de baixa pressão) no ar como a onda viagens.

Pense em uma mola de brinquedo como um Slinky esticado sobre uma mesa com uma pessoa segurando uma das pontas. Se uma pessoa puxar o Slinky em sua direção, isso enviará uma onda longitudinal para baixo do Slinky. Você verá regiões das bobinas Slinky que estão mais espaçadas (compressões) e mais vagamente espaçadas (rarefações). Qualquer ponto do Slinky oscila para frente e para trás no lugar, conforme a perturbação se move de uma extremidade a outra.

Novamente, é exatamente isso o que acontece com as ondas sonoras no ar, ou em qualquer outro meio, aliás.

Assim como com qualquer outra onda, as ondas sonoras são criadas por uma perturbação ou vibração inicial. Um diapasão tocado, por exemplo, vibra em uma frequência específica. À medida que se move, ele esbarra nas moléculas de ar ao seu redor, comprimindo-as periodicamente.

As regiões comprimidas transferem essa energia para as moléculas de ar vizinhas também e a perturbação se move através do ar até atingir seu ouvido, em cujo ponto ele transfere energia para seu tímpano, que vibrará na mesma frequência - e será interpretado por seu cérebro como som.

Quando você fala, você vibra sua laringe (um pequeno tubo oco no topo de sua traqueia), que por sua vez vibra o ar ao seu redor, que então propaga a energia do som para o ouvinte. Ao contrair e expandir o tecido da laringe, bem como ao manipular os articuladores da boca (lábios, língua e outras estruturas da boca), você pode criar sons diferentes.

Todos os objetos podem ser fontes de som que criam som da mesma maneira - vibrando e transferindo essas vibrações para um meio adjacente, como o ar.

No ar seco, o som viaja a uma velocidade de

OndeT_cé a temperatura em Celsius. Em um dia padrão de 20 graus Celsius (68 graus Fahrenheit), o som viaja a cerca de 343,4 m / s. Isso é cerca de 768 milhas por hora!

A velocidade do som é diferente em diferentes mídias. Por exemplo, a taxa na qual uma onda sonora viaja na água pode ser maior que 1.437 m / s; na madeira é de 3.850 m / s; e em alumínio, acima de 6.320 m / s!

Como regra geral, o som viaja mais rápido em materiais onde as moléculas estão mais próximas. Ele viaja mais rápido em sólidos, o segundo mais rápido em líquidos e mais lento em gases.

Você pode realizar um experimento simples para medir a velocidade do som. Para fazer isso, você precisará de uma fonte emissora de som (que pode ser um diapasão, uma batida de palmas ou sua própria voz) e um espelho superfície a uma distância conhecida da fonte (como uma parede sólida de penhasco vários metros à sua frente ou a extremidade fechada de um simples tubo).

Desde que você tenha equipamento (e / ou reflexos rápidos o suficiente) que possa medir o lapso de tempo entre o momento em que o som é emitido e quando ele retorna ao local da fonte por meio de um eco fora da superfície refletora, você terá informações suficientes para determinar o Rapidez.

Simplesmente tome o dobro da distância da fonte à superfície refletora (uma vez que o som viaja de a fonte à superfície e, em seguida, de volta) e divida pelo tempo entre a emissão de som e eco.

Por exemplo, suponha que você grite em um desfiladeiro de 200 m de profundidade e receba um eco de volta em 1,14 segundos. A velocidade do som seria 2 × 200 / 1,14 = 351 m / s.

Você deve estar familiarizado com o fenômeno de certas aeronaves quebrando a barreira do som. O que isso significa é que a aeronave voa mais rápido do que a velocidade do som. No momento em que excede essa velocidade, ele cria um estrondo sônico.

Uma aeronave viajando emMach 1está viajando na velocidade do som. Mach 2 é o dobro da velocidade do som e assim por diante. A aeronave mais rápida do mundo foi o norte-americano X-15, que atingiu a velocidade de Mach 6,7 em 3 de outubro de 1967.

Em terra, a velocidade do som foi quebrada em 15 de outubro de 1997 por Andy Green, que percorreu 763,035 milhas por hora em um carro a jato ThrustSSC no deserto de Black Rock, em Nevada.

A frequência de uma onda é o número de oscilações que ocorrem em um determinado ponto do meio por segundo. É medido em unidades de hertz (Hz) onde 1 Hz = 1 / s. O comprimento de onda de uma onda sonora é a distância entre duas regiões consecutivas de compressão máxima. Normalmente é medido em unidades de metros (m).

A velocidade de uma onda sonora,v,está diretamente relacionado à frequênciafcomprimento de onda lambda viav = λf​.

A velocidade do som em um meio específico não depende da frequência ou comprimento de onda, mas é uma constante desse meio específico. A frequência de uma onda sonora sempre corresponderá à frequência da fonte de som, portanto, não depende do meio ou da velocidade da onda.

Portanto, em dois meios diferentes, as frequências serão as mesmas, enquanto as velocidades serão específicas para os meios e os comprimentos de onda irão variar de acordo. (A alta frequência corresponde a pequenos comprimentos de onda e vice-versa.)

As faixas de frequência normalmente detectáveis ​​pelo ouvido humano vão de 64 Hz a 23 kHz, embora as pessoas tendam a perder a capacidade de ouvir as frequências mais altas à medida que envelhecem. Em contraste, os cães podem ouvir até cerca de 45 kHz (é por isso que respondem aos apitos dos cães que são inaudíveis para os humanos), os gatos podem ouvir até 64 kHz e os botos podem ouvir até 150 kHz!

Você sem dúvida encontrou esta citação do filme de 1979Estrangeiro, e é verdade: o som não viaja no vácuo. Isso ocorre porque ele precisa de um meio. Tem que haver algum material entre a fonte de som e você para que o som se propague.

Então, todas aquelas cenas de batalhas espaciais que você vê nos filmes com fortes explosões? Completamente falso! Não haveria som porque não há meio pelo qual ele possa viajar.

Intensidade do som,eu, é a potência sonora por unidade de área. A unidade SI para intensidade de som é watts / m² Ondeeu₀​ = 10^-12 W / m² é considerado o limite para a audição humana. Coloquialmente, a intensidade do som é o que consideramos ser o “volume” de um som.

Uma maneira comum de apresentar a intensidade do som percebida é usando a escala de decibéis (dB), onde a intensidade do som está em decibéis:

Esta escala é útil porque os humanos não percebem o volume linearmente. Ou seja, um som com o dobro da intensidade pode parecer mais de duas vezes mais alto quando começou baixo, e menos de duas vezes mais alto se já começou um pouco alto. A escala de decibéis fornece números mais consistentes com nossas percepções.

O som da respiração leve fica em torno de 10 dB, enquanto a conversa em um restaurante é de cerca de 60 dB. Um sobrevôo a jato a 1.000 pés tem cerca de 100 dB. Um trovão doloroso limítrofe é de 120 dB e o tímpano rompe a 150 dB.

A energia em uma onda sonora está diretamente relacionada à intensidade. As unidades de intensidade, W / m², são iguais a J / (sm²) ou energia em joules por segundo por metro quadrado.

Lembre-se de que a velocidade do som depende apenas do meio, e não da frequência da onda. Isso é bom porque, de outra forma, ouvir um concerto seria uma experiência terrível, com notas musicais diferentes chegando fora de ordem.

Diferentes frequências de som correspondem a diferentes tons ou notas musicais. Quando um cantor canta, ele produz frequências diferentes, alterando o tamanho e a forma de sua laringe. Os instrumentos musicais são projetados para criar sons de tons puros, normalmente criando ondas estacionárias, seja em um tubo ou cano, ou ao longo de uma corda.

Considere um instrumento de cordas, como um violão. A frequência com que uma corda dedilhada vibra depende de sua densidade de massa (quanta massa por unidade de comprimento), da tensão na corda (quão firme ela é mantida) e de seu comprimento. Se você olhar para um violão, verá que cada corda tem uma espessura diferente. Os botões de afinação na extremidade da alça permitem que você ajuste a tensão das cordas, e os trastes fornecem lugares para colocar seus dedos para alterar o comprimento das cordas enquanto você toca, permitindo que você crie muitos notas.

Os sopros, em contraste, consistem em tubos ocos onde ondas estacionárias podem ser criadas em colunas de ar (assim como em sua laringe). Os diferentes orifícios de tom em tal instrumento permitem que você altere os tipos de ondas estacionárias que podem se formar e, portanto, altere as notas que podem ser tocadas.

Para um instrumento como um trombone, você também pode ajustar o comprimento do tubo movendo o slide para frente e para trás, permitindo diferentes frequências de ondas estacionárias e, portanto, diferentes notas a serem tocadas.

Instrumentos percussivos, como tambores, dependem das vibrações de uma membrana (como a cabeça de um tambor). Muito parecido com tocar as cordas de uma guitarra, quando você bate na pele da bateria em locais diferentes, ondas estacionárias se formam na membrana, criando som. A frequência e a qualidade do som dependem do tamanho da membrana, sua espessura e tensão.