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A Luz

A Luz é um fenómeno natural através do qual essencial ao nosso dia-a-dia. Há um conjunto de fenómenos relacionados com a luz que tornam bela qualquer imagem. Por exemplo:

Reflexos, Brilho e Sombras

Arco-íris

Cor

A Luz é também utilizada pelo Homem para comunicar. Eis alguns exemplos:

Publicidade e Semáforos

Farol

Televisão

Corpos luminosos e Corpos Iluminados

Todos os corpos que possuem luz própria são Corpos Luminosos, enquanto que os corpos que apenas reflectem a luz são Corpos Iluminados. São exemplos disso:

Corpos Luminosos - com luz própria

O Sol, um semáforo, uma vela ou uma lâmpada têm luz própria.
São por isso corpos luminosos.

Corpos Iluminados - sem luz própria

A Terra, a Lua, uma maça ou um livro não têm luz própria.
São por isso corpos iluminados.

Como vemos os objectos?

O Ser Humano tem dois detectores que lhe permitem captar a luz - os olhos. É através dos olhos que conseguimos ver o mundo que nos rodeia.

Quando diriges o olhar para um corpo luminoso, a luz proveniente dessa fonte de luz é capatada pelos olhos:

Quando diriges o olhar para um corpo iluminado, captas a luz que este reflecte, proveniente de uma fonte de luz:

Triângulo de Visão

O Triângulo de Visão descreve o trajecto da luz desde a fonte de luz até ao detector de luz, e pode ser representado da seguinte forma:

Objectos Transparentes, Translúcidos e Opacos

Os objectos que habitualmente utilizamos no nosso dia-a-dia comportam-se de forma diferente perante a luz. Há objectos que se deixam atravessar totalmente pela luz, outros que se deixam atravessar apenas parcialmente pela luz, e outros ainda que não se deixam atravessar pela luz:

Materiais Transparentes

- Deixam-se atravessar quase pela totalidade da luz que neles incide.
- Vê-se com nitidez os objectos que se encontram do outro lado.

Materiais Translúcidos

- Deixam-se atravessar parcialmente pela luz que neles incide.
- É possível ver os objectos que se encontram do outro lado, mas sem nitidez.

Materiais Opacos

- Não se deixam atravessar pela luz que neles incide.
- Não é possível ver os objectos que se encontram do outro lado.

Objectos Transparentes, Translúcidos e Opacos

No esquema seguinte estão representados os constituintes do olho humano e a respectiva função:

Imagem do livro "FQ8 - Sustentabilidade na Terra - Edições ASA".

Natureza Ondulatória da Luz

A luz, tal como o som, também se propaga por meio de ondas, embora as ondas luminosas tenham características diferentes das ondas sonoras. As principais diferenças entre ondas sonoras e ondas luminosas são:

Ondas Sonoras

O som:

- propaga-se através da vibração de partículas em determinado meio material;

- propaga-se através de ondas longitudinais;

- necessita de um meio para se propagar;

- não se propaga no vazio;

- propaga-se no ar à velocidade de 340 m/s;

- propaga-se através de Ondas Mecânicas (que necessitam de um meio para se propagar).

Ondas Luminosas

A luz:

- não resulta da vibração de partículas, mas de alterações eléctricas e magnéticas;

- propaga-se através de ondas transversais;

- não necessita de um meio para se propagar;

- propaga-se em qualquer meio e no vazio;

- propaga-se no vazio à velocidade de 300 000 000 m/s;

- propaga-se através de Ondas Electromagnéticas (que não necessitam de um meio para se propagar).

Intensidade da Luz

A Intensidade de uma fonte luminosa está relacionada com a amplitude da onda luminosa da seguinte forma:

Intensidade Forte

Quanto maior a Amplitude da onda luminosa, maior é a Intensidade da luz.

Intensidade Fraca

Quanto menor a Amplitude da onda luminosa, menor é a Intensidade da luz.

Cor da Luz

A cor da luz está relacionada com a frequência de vibração da onda luminosa:

Cor

Imagem do livro "FQ8 - Sustentabilidade na Terra - Edições ASA".

Menor frequência corresponde a cores próximas do vermelho;

Maior frequência corresponde a cores próximas do violeta.

Quanto maior a frequência da luz, maior a quantidade de energia que esta transporta.

O Espectro Electromagético

O espectro eléctromagnético é o conjunto de radiações electromagnéticas conhecidas. De todas as radiações electromagnéticas, apenas a luz é captada pelo olho humano. Existem contudo outras radiações muito importantes, mas que o nosso olho não consegue captar:

Imagem do livro "FQ8 - Sustentabilidade na Terra - Edições ASA".

As Radiações com menor frequência, e por isso com menor energia, são as Ondas Rádio;

As Radiações com maior frequência, e por isso com maior energia, são os Raios ϒ (Raios Gamma);

A Luz Visível é a única que os nossos olhos são capazes de detectar.

Dispersão da Luz

Quando caminhas pela floresta e tens oportunidade de ver um raio de luz que consegue passar pela folhagem das árvores, rapidamente te apercebes que esse raio de luz é esbranquiçado:

De facto, é habitual dizer-se que a luz proveniente do Sol é luz branca. Contudo, no século XVII, Isaac Newton observou que esta luz branca resulta da combinação de diferentes cores. Ele verificou que quando um raio de luz branca atravessava um cristal ou um prisma óptico, era dividido em diferentes cores, ao que se dá o nome de Dispersão ou Decomposição da Luz.

Isaac Newton (1643 - 1727)

Dispersão de um raio de luz branca por um prisma óptico.

Desta forma, Newton conseguiu explicar um fenómeno natural que há muito deixava as pessoas intrigados - o arco-íris:

O arco-íris forma-se quando um raio de luz branca atravessa uma gota de água, deixando ver todas as cores que o constituem. As cores presentes num raio de luz branca são as indicadas em seguida:

Luz e Cor

Das cores apresentadas acima, há três que são fundamentais e que combinadas permitem obter todas as outras. São elas o Vermelho, o Verde e o Azul.

Tal como é possível ver no esquema acima, onde se mostram três lanternas com a mesma intensidade mas com cores diferentes:

Vermelho + Verde = Amarelo;

Vermelho + Azul = Violeta;

Azul + Verde = Azul Claro;

Vermelho + Verde + Azul = Branco.

A Cor dos Objectos

A cor de um objecto resulta da cor da luz que este consegue reflectir. A luz que o objecto é capaz de reflectir depende:

do material de que é feito o objecto;

da cor da luz que ilumina o objecto.

Por exemplo, uma rosa vermelha consegue absorver todas as cores excepto o vermelho, que reflecte. Quando olhamos para a rosa a luz captada pelos nossos olhos é vermelha pois é a única que a rosa está a reflectir:

Para objectos de outras cores, a conclusão é semelhante:

Vermelho

Verde

Azul

Amarelo

Violeta

Azul Claro

Objectos Brancos e Objectos Pretos

Os objectos brancos não absorvem nenhuma cor, reflectem todas as cores - o branco resulta de uma mistura de todas as cores. Os objectos pretos absorvem todas as cores, não reflectem nenhuma - O preto é a ausência de cor.

Objectos Brancos

Os objectos brancos reenviam todas as cores da luz branca.

Objectos Pretos

Os objectos pretos não reenviam nenhuma das cores da luz branca.

A Reflexão da Luz

No nosso dia-a-dia estamos habituados a ver reflexos, quer seja uma paisagem reflectida na água de um lago ou o nosso próprio reflexo ao espelho:

A Reflexão ocorre quando a luz que incide numa superfície é reenviada por essa superfície. Por exemplo, a luz da lanterna apresentada na imagem seguinte incide numa superfície que a reenvia - reflecte:

Reflexão Regular e Reflexão Irregular (Difusão) da Luz

A reflexão regular da luz ocorre em superfícies lisas e polidas. A luz é reflectida numa só direcção.

Reflexão Regular da Luz

A reflexão irregular da luz ocorre em superfícies rugosas. A luz é reflectida em várias direcções.

Reflexão Irregular ou Difusão da Luz

As Leis da Reflexão

Sempre que um raio de luz incide numa superfície reflectora, é possível prever em que direcção será reflectido, se soubermos as Leis da Reflexão. Considera um raio de luz que incide num espelho:

Para prever a direcção do raio reflectido, devemos:

Traçar uma linha normal (perpendicular) ao espelho no ponto de incidência da luz ...

Com o transferidor, medir o ângulo entre o raio incidente e a linha normal ...

O raio reflectido estará do outro lado da linha normal e, em relação à normal, terá o mesmo ângulo que o raio incidente ...

4.º - Agora só falta traçar o raio reflectido ...

Assim, podemos escrever as seguintes leis - as Leis da Reflexão -, que se aplicam a todos os casos em que ocorre a Reflexão da Luz.

As Leis da Reflexão

1.ª Lei - O raio incidente, o raio reflectido e a normal ao espelho no ponto de incidência estão no mesmo plano;

2.ª Lei - O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.

Aplicação das Leis da Reflexão

As leis da reflexão podem sempre ser utilizadas para prever o trajecto do raio reflectido, em qualquer situação:

Ao ser reflectido, o raio de luz ...
... muda de direcção;
... muda de sentido.

Ao ser reflectido, o raio de luz ...
... não muda de direcção;
... muda de sentido.

                

sejam bem vindos a area de  visita de ciencias fisico-quimicas.

 O som:

Diversidade Sonora

Ao longo de um dia, somos capazes de ouvir uma grande variedade de sons. Alguns sons são agradáveis, enquanto outros são bastante desagradáveis:

Sons Agradáveis

Sons Desagradáveis

A música e o canto dos pássaros são considerados sons agradáveis, enquanto o som produzido pelo motor de um automóvel ou de um avião é considerado desagradável.

O Som como meio de Comunicação

Os seres humanos, bem como outros animais, podem comunicar produzindo sons. A produção de sons é um meio de comunicação. Eis alguns exemplos da utilização de sons, por parte de alguns seres vivos, como forma de comunicação.

Conversa

Ladrar dos Cães

Canto das Baleias

Para além de poder conversar, o Ser Humano encontrou também na música uma forma de se expressar, produzindo diferentes sons numa grande variedade de instrumentos. Os instrumentos estão divididos em três grupos, dos quais se apresentam exemplos em seguida:

Instrumentos de Percussão

Instrumentos de Cordas

Instrumentos de Sopro

Produção de Sons

Para que se produza um som é necessário que ocorra uma vibração. Por exemplo:

Uma guitarra só produz um som se as suas cordas entrarem em movimento, vibrarem;

Um tambor produz som se as suas peles vibrarem;

Uma flauta produz som quando sopras e "obrigas" o ar no seu interior a vibrar.

A corda da guitarra vibra

A pele do tambor vibra

O ar dentro da flauta vibra

Ou ainda:

Tu produzes um som se as tuas cordas vocais vibrarem;

A campaínha da escola produz um som quando o martelinho choca com a campânula, fazendo-a vibrar;

A máquina produz som porque o motor que se encontra no seu interior vibra.

As cordas vocais vibram

A campânula vibra

O motor da máquina vibra

Propagação de Sons

Por exemplo, quando a corda de uma guitarra vibra, faz vibrar todas as partículas do ar que se encontram próximas dela. Clica no link em baixo e observa com atenção a simulação apresentada:

Simulação do movimento das partículas do ar durante a propagação de um Som

O ar sofre assim uma perturbação provocada pelas cordas da guitarra. As partículas de ar chocam umas com as outras propagando o som.

Recepção de Sons

O ser Humano, bem como outros animais, possui instrumentos capazes de detectar as pequenas vibrações do ar. Estes instrumentos são os ouvidos, que captam e amplificam estas vibrações.

Imagem do livro "FQ8 - Sustentabilidade na Terra - Edições ASA".

Podes ver uma animação do funcionamento do ouvido humano no youtube (o som e o texto estão em inglês mas com os teus conhecimentos de inglês e do funcionamento do ouvido humano, vais ver que é fácil de perceber).

Conclusão

Como conclusão, é necessário existir sempre um meio de propagação que transmita as vibrações provocadas pela fonte até ao receptor sonoro.

Imagem do livro "FQ8 - Sustentabilidade na Terra - Edições ASA".

Propagagação do som em diferentes meios materiais

O som propaga-se em diferentes meios materiais. Propaga-se em meios gasosos, como o ar atmosférico, mas também em meios sólidos e em meios líquidos:

Meios Sólidos

Meios Líquidos

Meios Gasosos

Se encostares o ouvido ao solo próximo de uma estação de comboios, sentes a vibração sempre que um comboio se aproxima, o que significa que o som se propaga nos meios sólidos;

As baleias conseguem comunicar emitindo sons que são audíveis a longas distâncias. O meio de propagação é a água que se encontra no estado líquido;

O ser Humano comunica emitindo sons que se propagam através do ar atmosférico.

Será que o som se propaga na ausência de meio material?

Para o som se propagar necessita sempre de um meio material que pode ser sólido, líquido ou gasoso, que propague as vibrações provocadas pela fonte sonora até ao receptor sonoro. Se não existir um meio que propague estas vibrações, então não há propagação de som.

A Lua não tem atmosfera, o que tornou impossível a propagação de sons entre seres humanos.

Entre o Sol e a Terra não há qualquer meio material. Por esse motivo não ouvimos na Terra as explosões que ocorrem no Sol.

Conceito de Onda

O som, tal como a luz ou uma emisão via rádio, propaga-se através de ondas. No caso das ondas sonoras, estas resultam de uma perturbação no meio material em que o som se está a propagar. O estudo das ondas sonoras não é fácil, uma vez que não conseguimos ver a olho nú o movimento vibratório das partículas do meio material no qual o som se propaga. Para facilitar a compreensão do conceito de onda, podemos observar o que acontece à superfície da água de um lago quando lhe atiramos uma pedra:

Neste caso, a onda propaga-se a partir do ponto onde foi lançada a pedra até à margem do lago. Se observares atentamente o movimento da folha que se encontra à superfície da água, vais reparar que esta sobe e desce com a ondulação da água:

Imagem do livro "FQ8 - Sustentabilidade na Terra - Edições ASA".

Quando a folha se encontra no ponto de altura máxima diz-se que está numa Crista;

Quando atinge o ponto de altura mínima diz-se que está num Ventre;

Quando a folha passa pela posição onde estaria caso não houvesse ondulação, diz-se que está na Posição de Equilíbrio.

Imagem do livro "FQ8 - Sustentabilidade na Terra - Edições ASA".

É importante saber que:

Não há transporte de matéria ao longo da direcção de propagação (a folha não se move na horizontal, apenas na vertical);

Há transporte de energia associada à vibração das partículas ao longo da direcção de vibração.

Ondas Transversais

As ondas que ocorrem à superfície de um lago são ondas Transversais. A onda propaga-se na horizontal (desde o local onde caiu a pedra até à margem), enquanto que as partículas de água vibram na vertical (sobem e descem tal como a folha). Assim, diz-se que a direcção de propagação (que é a horizontal) é perpendicular à direcção de vibração (que é a vertical). Por esse motivo este tipo de ondas são chamadas de transversais. Ocorre o mesmo quando se faz vibrar uma mola tal como representado na figura seguinte.

Ondas Transversais

A vibração ocorre perpendicularmente à direcção de vibração.
Imagem do livro "FQ8 - Sustentabilidade na Terra - Edições ASA".

Ondas Longitudinais

As ondas sonoras são ondas Longitudinais. Relembra o simulador do movimento das partículas do ar apresentado anteriormente:

Simulação do movimento das partículas do ar durante a propagação de um Som

No exemplo do simulador, a onda propaga-se na horizontal (desde o local onde vibra a corda da guitarra até ao lado direito do ecrã - as primeiras parículas a vibrar são as que se encontram junto da corda), e as partículas de ar vibram também na horizontal (efectuam o movimento esquerda, direita, esquerda, direita, ...). Assim, diz-se que a direcção de propagação (que é a horizontal) é igual à direcção de vibração (que também é a horizontal). Por esse motivo este tipo de ondas são chamadas de longitudinais. Ocorre o mesmo quando se faz vibrar uma mola tal como representado na figura seguinte.

Ondas Longitudinais

A vibração ocorre ao longo da direcção de vibração.
Imagem do livro "FQ8 - Sustentabilidade na Terra - Edições ASA".

Representação Gráfica de uma onda Sonora

As ondas sonoras são ondas de pressão, que resultam de zonas de compressão intercaladas com zonas de expansão.

Imagem do livro "FQ8 - Sustentabilidade na Terra - Edições ASA".

As zonas de compressão estão representadas a azul escuro na imagem e representam locais onde as partículas se encontram muito próximas umas das outras. As zonas de expansão estão representadas a branco na imagem e representam locais "vazios", sem partículas. Na representação gráfica de uma onda sonora, consideram-se:

as zonas de compressão como cristas;

as zonas de expansão como ventres.

Propriedades de uma Onda

Ao estudar a propagação de uma onda, transversal ou longitudinal, interessa-nos conhecer a representação gráfica do movimento de vibração das partículas. No gráfico seguinte está representado o movimento de vibração de partículas durante a propagação de uma onda sonora:

É importante saber que:

As partículas B e F encontram-se numa Crista. Estas partículas encontram-se na mesma fase de vibração (por ocuparem Cristas);

As partículas D e H encontram-se num Ventre. Estas partículas encontram-se na mesma fase de vibração (por ocuparem Ventres);

As partículas A, C, E e G encontram-se na Posição de Equilíbrio.

Sempre que uma partícula descreve um ciclo vibratório completo, isto é, passa (por exemplo) da crista para o ventre e novamente para a crista, diz-se que realizou uma vibração completa. É possível contar o número de vibrações completas de uma partícula ao longo do tempo:

Neste caso temos três vibrações completas da mesma partícula no intervalo de tempo considerado. No estudo de uma onda há ainda quatro propriedades que devemos conhecer. São elas:

o Comprimento de Onda;

a Amplitude da Vibração;

o Período de Vibração;

a Frequência de Vibração.

Vamos utilizar novamente o simulador de ondas numa corda para compreender melhor estas quatro propriedades:

Simulador de Ondas numa Corda

Nota: Depois de descarregares o ficheiro, clica sobre o ícone do ficheiro com o botão direito e selecciona a opção "Abrir com... >> Java (TM) Platform".

O Comprimento de Onda

O Comprimento de Onda corresponde à distância entre duas partículas consecutivas na mesma fase de vibração. Configura o simulador tal como na figura seguinte:

Clica no botão Pause/Play e activa a opção "Rulers". Aparecem no ecrã duas réguas, uma vertical e outra horizontal:

Mede agora com a régua horizontal a distância entre duas partículas consecutivas na mesma fase de vibração (entre cristas ou entre ventres por exemplo):

No exemplo mostrado, o comprimento de onda é aproximadamente 33 cm. Corresponde à distância entre as duas cristas assinaladas na figura. Se medires a distância entre dois ventres consecutivos, o resultado será o mesmo.

A Amplitude de Vibração

A Amplitude de Vibração corresponde ao máximo afastamento que uma partícula sofre face à posição de equilíbrio. Para determinar a Amplitude de vibração basta medir a distância desde a posição de equílibrio até a uma crista (ou um ventre). Utiliza o simulador com a mesma configuração do exemplo anterior e com a ajuda da régua vertical mede a distância desde a posição de equilíbrio até à crista (ou até ao ventre):

Neste caso, a Amplitude de vibração é de aproximadamente 9 cm. Qualquer partícula afasta-se no máximo 9 cm da posição de equilíbrio durante o seu movimento de vibração.

O Período de Vibração

O Período de Vibração é o tempo necessário para que uma partícula efectue uma vibração completa. É por exemplo o tempo de que necessita a partícula para efectuar o movimento crista >> ventre >> crista. Utiliza o simulador com a mesma configuração do exemplo anterior. Desliga a opção "Rulers" e activa a opção "Timer".

Activa o cronómetro no botão "Start/Pause". Fixa uma das partículas e espera que ela realize uma vibração completa. Coloca a simulação em pausa e observa o tempo registado no cronómetro. Observa a seguinte sequência de imagens:

Início da vibração - o cronómetro regista o tempo "0 segundos".

Após 1/4 de vibração - o cronómetro regista o tempo "13 centésimos de segundo".

Após ~1/2 vibração - o cronómetro regista o tempo "24 centésimos de segundo".

Após ~3/4 de vibração - o cronómetro regista o tempo "38 centésimos de segundo".

Após 1 vibração completa - o cronómetro regista o tempo "52 centésimos de segundo".
O Período de vibração é de 52 centésimos de segundo.

A Frequência de Vibração

A Frequência de vibração corresponde ao número de vibrações completas que uma partícula efectua em apenas 1 segundo. A Frequência tem como unidade o Hertz:

Uma onda de baixa Frequência apresenta um maior Comprimento de Onda, as cristas encontram-se mais afastadas:

Baixa Frequência

Uma onda de elevada Frequência apresenta um menor Comprimento de Onda, as cristas encontram-se mais próximas:

Alta Frequência

Exercício Resolvido

Considera a representação gráfica seguinte, que corresponde ao movimento de vibração de partículas durante a propagação de um som:

a) Quantas vibrações completas estão representadas na figura?

b) Indica uma partícula que se encontre numa Crista.

c) Indica uma partícula que se encontre num ventre.

d) Indica duas partículas que se encontrem na mesma fase de vibração.

e) Qual o Comprimento de Onda?

f) Qual a Amplitude de Vibração?

g) Qual o Período de Vibração, sabendo que a partícula A demora 0,9 segundos a passar à fase G?

h) Qual a Frequência de Vibração?

Resolução

a) Quantas vibrações completas estão representadas na figura?

R: Apenas uma vibração completa. No total estão representadas 1,5 vibrações ( 1 vibração completa + meia vibração).

b) Indica uma partícula que se encontre numa Crista.

R: Partículas B ou F.

c) Indica uma partícula que se encontre num ventre.

R: Partícula D.

d) Indica duas partículas que se encontrem na mesma fase de vibração.

R: Partículas B e F ou A e E ou C e G.

e) Qual o Comprimento de Onda?

R: O Comprimento de Onda é de 20 cm. Corresponde à distância entre dois pontos consecutivos na mesma fase de vibração.

f) Qual a Amplitude de Vibração?

R: A Amplitude de Vibração é 8 cm. Corresponde à distância entre a posição de equilíbrio e a crista (ou o ventre).

g) Qual o Período de Vibração, sabendo que a partícula A demora 0,9 segundos a passar à fase G?

R: O Período de Vibração corresponde ao tempo necessário para que a partícula efectue uma vibração completa. Se A demora 0,9 segundos a efectuar 1, 5 vibrações, então:

1, 5 vibrações ----------------- 0,9 segundos

1 vibração --------------------- x segundos

x = (1x0,9)/1,5 = 0,6 segundos

O Período de Vibração é de 0,6 segundos.

h) Qual a Frequência de Vibração?

R: A Frequência de Vibração corresponde ao número de vibrações efectuadas por segundo. Se A demora 0,9 segundos a efectuar 1, 5 vibrações, então:

1, 5 vibrações ----------------- 0,9 segundos

x vibrações -------------------- 1 segundo

x = (1x1,5)/0,9 = 1,67 Hz

A cada segundo que passa a partícula efectua 1,67 vibrações.

A Frequência pode ainda ser determinada através da expressão:

Frequência = 1 / Período

e neste caso:

Frequência = 1 / 0,6 = 1,67 Hz

Características de um Som

Um som apresenta sempre 3 características que o distinguem de outros sons. São elas:

o Timbre;

a Altura;

a Intensidade.

O Timbre

Quando assistimos a um concerto com vários instrumentos a serem tocados ao mesmo tempo, conseguimos distinguir os sons provenientes de cada um deles, mesmo que estejam a tocar a mesma nota. Imagina que os três instrumentos da figura seguinte estão a tocar exactamente a mesma nota:

Diapasão

Guitarra

Piano

Distingue-se facilmente o som proveniente do diapasão, do som produzido pela guitarra ou pelo piano, mesmo que estejam a tocar a mesma nota. Diz-se que estes instrumentos apresentam um Timbre diferente. Se vizualizarmos a onda sonora produzida por cada um deles quando produzem exactamente a mesma nota, é possível observar diferenças entre elas:

Som Puro

Som Complexo

Som Complexo

No caso do diapasão, este produz um Som Puro, apenas com uma frequência. No caso da guitarra e do piano, estes instrumentos produzem um Som Complexo, diferente para cada um deles. A onda sonora resulta da mistura de diferentes frequências.

A Altura (Sons Agudos ou Graves)

A Altura de um Som é a propriedade que permite distinguir os sons agudos (altos) dos sons graves (baixos). De um modo geral, as raparigas têm vozes mais agudas (ou altas), enquanto que os rapazes têm vozes mais graves (ou baixas).

Sons Altos ou Agudos

Sons Baixos ou Graves

A Altura de um Som está directamente relacionada com a frequência do som:

Sons de maior frequência correspondem a sons agudos (ou altos);

Sons de menor frequência correspondem a sons graves (ou baixos).

Sons Altos ou Agudos

Sons Baixos ou Graves

A frequência da voz num ser humano varia entre os 85 Hz e os 1100 Hz:

valores próximos de 1100 Hz correspondem a sons agudos (ou altos). Por exemplo, num som com 1100 Hz de frequência, as partículas que propagam o som efectuam 1100 vibrações completas a cada segundo.

valores próximos de 85 Hz correspondem a sons graves (ou baixos). Por exemplo, num som com 85 Hz de frequência, as partículas que propagam o som efectuam 85 vibrações completas a cada segundo;

A Intensidade Sonora (Sons Fortes ou Fracos)

O som produzido pelo motor de um avião é completamente diferente do som produzido pelo bater de asas de uma mosca. Para além disso, o som produzido pelo motor do avião ouve-se muito bem, mesmo que estejamos bastante afastados dele. Pelo contrário, o som produzido pelas asas da mosca só se ouve se estivermos muito próximos dela. Por esse motivo, dizemos que os sons produzidos têm intensidades sonoras diferentes:

o som produzido pelo avião é um som forte;

o som produzido pela mosca é um som fraco.

Sons Fortes

Sons Fracos

A Intensidade Sonora está relacionada com a Amplitude da onda sonora e com a quantidade de energia que a fonte sonora transmite ao meio de propagação do som:

quanto maior a Intensidade Sonora, maior a Amplitude da onda sonora e maior a energia transmitida ao meio de propagação do som;

quanto menor a Intensidade Sonora, menor a Amplitude da onda sonora e menor a energia transmitida ao meio de propagação do som.

Sons Fortes

Sons Fracos

À medida que o som se propaga, a energia associada à vibração das partículas do meio vai diminuindo, logo a amplitude de vibração vai diminuindo também. Por esse motivo, quanto mais afastados estamos da fonte sonora, mais dificuldade temos em ouvir o som produzido.

O Espectro Sonoro

O Espectro Sonoro é o conjunto de frequências de vibração que podem ser produzidas pelas diversas fontes sonoras:

Imagem do livro "FQ8 - Sustentabilidade na Terra - Edições ASA".

Sons Audíveis

Designam-se por sons audíveis aqueles que o Ser Humano é capaz de ouvir. Com base na análise da figura anterior, pode-se concluir que o Ser Humano apenas consegue captar vibrações com frequências compreendidas entre os 20 Hz e os 20.000 Hz.

Os sons de 20 Hz são os mais graves que os nossos ouvidos captam;

Os sons de 20.000 Hz são os mais agudos que os nossos ouvidos captam.

Infra-Sons

Designam-se por Infra-sons todos os sons com frequência inferior a 20 Hz. Estes sons não são captados pelo ouvido humano, embora possam ser captados por outros animais. Estes Infra-sons são de grande utilidade na previsão de um sismo ou erupção vulcânica. Os movimentos da crosta terrestre produzem sons de frequência demasiado baixa para que o Ser Humano os consiga ouvir. Esses sons são registados pelos sismógrafos e podem alertar para a ocorrência de um sismo ou erupção vulcânica.

Durante um sismo ocorre produção de infra-sons.

Durante uma erupção vulcânica ocorre produção de infra-sons.

Ultra-Sons

Designam-se por Ultra-sons todos os sons com frequência superior a 20.000 Hz. Estes sons não são captados pelo ouvido humano, embora possam ser captados por outros animais. Os Ultra-Sons são de grande utilidade por exemplo na medicina, onde são utilizados para a realização de ecografias. Também são utilizados com sucesso na pesca para identificar cardumes de peixes.

Os ultra-sons são utilizados na realização de ecografias.

Os ultra-sons são utilizados nos sonares de barcos de pesca.

Sons Captados pelos Diferentes Animais

Para além do Ser Humano, também uma grande variedade de outros animais consegue captar sons. Alguns destes animais têm uma sensibilidade auditiva bastante melhor do que o Ser Humano. Na imagem seguinte, é apresentada uma comparação entre os sons captados e emitidos por diferentes animais:

Há animais que conseguem captar sons em intervalos de frequências diferentes dos do Ser Humano. Por exemplo o Golfinho capta sons entre os 150 Hz e os 150.000 Hz.

Nível Sonoro

Apesar de o ouvido humano captar sons com frequências compreendidas entre os 20 Hz e os 20.000 Hz, só os capta se a intensidade sonora destes sons for suficientemente forte. Por exemplo:

Não conseguimos ouvir uma folha a caír.
Intensidade sonora muito fraca.

O som de um concerto é agradável.
Intensidade sonora moderada.

O som do foguetão causa danos auditivos.
Intensidade sonora muito forte.

Para descobrir se o som produzido por uma fonte sonora é forte ou fraco, determina-se o Nível Sonoro produzido. O nível sonoro relaciona a intensidade sonora de um som com a intensidade sonora do som mais fraco que conseguimos ouvir. Para determinar o nível Sonoro utiliza-se um Sonómetro:

Sonómetro

As unidades utilizadas para quantificar o Nível Sonoro são o Bel (B), embora seja mais comum utilizar-se o deciBel (dB), que corresponde a um décimo do Bel. Se medirmos o Nível Sonoro produzido por uma folha a caír, num concerto ou durante o lançamento de um foguetão, os valores são aproximadamente os seguintes:

Nível sonoro ~ 15 dB
Nível sonoro reduzido.

Nível sonoro ~ 90 dB
Nível sonoro moderado.

Nível sonoro ~ 150 dB
Nível sonoro elevado.

No gráfico seguinte compara-se o Nível Sonoro em diferentes situações:

É de notar que o Nível Sonoro pode influenciar o estado de espírito e, no caso de ser demasiado elevado, provocar mesmo lesões auditivas permanentes.

Imagem do livro "FQ8 - Sustentabilidade na Terra - Edições ASA".

Audibilidade Humana

Apesar de o ouvido humano captar sons de diversas frequências, a cada frequência corresponde um nível sonoro mínimo necessário para que o som seja ouvido:

Imagem do livro "FQ8 - Sustentabilidade na Terra - Edições ASA".

Da leitura do gráfico anterior, conclui-se que, por exemplo:

para uma frequência de 1000 Hz, o ouvido humano capta o som se o Nível Sonoro for no mínimo de 20 dB;

para uma frequência de 20 Hz, o ouvido humano só capta o som se o Nível Sonoro for no mínimo de 120 dB;

a zona representada a amarelo representa os sons captados pelo ouvido humano;

a zona representada a verde representa os sons que o ouvido humano não consegue captar, uma vez que o Nível Sonoro é muito reduzido;

a zona Representada a vermelho representa os sons que causam dor e possivelmente lesões ao ouvido humano, já que têm um Nível Sonoro demasiado elevado.

Cuidados a ter para Preservar a Audição

A exposição prolongada a ambientes ruidosos pode levar à perda de audição e provocar doenças do sistema nervoso central. Assim, há alguns cuidados que todos devemos ter para preservar a nossa audição. São apresentados em seguida alguns exemplos:

Utilzar protectores nos ouvidos sempre que trabalhamos em ambientes ruidosos.

Se morarmos junto a uma autoestrada ou via férrea, pedir a colocação de barreiras sonoras.

Não colocar o volume dos auscultadores demasiado elevado.

A Propagação do Som em Diferentes Meios Materiais

É habitual em alguns livros e filmes do Velho Oeste, ser descrita a cena em que um índio coloca o ouvido nos carris do comboio para tentar perceber se este está próximo.

A grande questão que se coloca é:

"Porque motivo o índio faz isso?"

E a resposta é simples:

O comboio produz vibrações quer nas partículas do ar, quer nas partículas que constituem os carris.

Como os carris se encontram no estado sólido, as suas partículas encontram-se mais próximas umas das outras, e por esse motivo a vibração propaga-se mais facilmente através destas.

Como o ar se encontra no estado gasoso, as suas partículas encontram-se mais afastadas umas das outras, e por esse motivo a vibração propaga-se com mais dificuldade através destas.

Conclui-se assim que o som se propaga mais facilmente e mais rapidamente através dos carris do que através do ar. Também se pode concluir que quando o som se propaga através do ar, uma vez que se propaga mais lentamente, e devido às perdas de energia que ocorrem, não se consegue ouvir a grandes distâncias, ao contrário do som que se propaga pelos carris.

Na tabela seguinte estão indicadas as diferentes velocidades de propagação do som consoante o meio material em que este se propaga:

Imagem do livro "FQ8 - Sustentabilidade na Terra - Edições ASA".

Como se pode ver pela tabela o som propaga-se a diferentes velocidades, consoante o meio material. De um modo geral, o som propaga-se melhor nos sólidos do que nos líquidos, e propaga-se melhor nos líquidos do que nos gases. Verifica-se também que a temperatura a que o meio se encontra afecta a velocidade do som. Por exemplo:

a velocidade do som no Aço é de 6000 metros por segundo. Isto significa que a cada segundo que passa, o som propaga-se a uma distância de 6000 metros;

a velocidade do som no Dióxido de Carbono é de 250 metros por segundo. Isto significa que a cada segundo que passa, o som propaga-se a uma distância de 250 metros.

Uma vez que a velocidade do som no ar depende da temperatura a que este se encontra, é habitual utilizar-se nos cálculos o valor de 340 m/s. Isto significa que, em média, uma onda sonora propaga-se a 340 metros a cada segundo que passa.

A que distância de nós se encontra o foco de uma trovoada?

Já sabes que em dias de trovoada é habitual ver-se primeiro o relâmpago e só depois se ouve o trovão. Isto acontece porque a luz percorre a distância entre o foco de trovoada e o local onde nos encontramos a uma velocidade muito maior do que o som.

Assim, a luz vê-se quase instantaneamente após ter ocorrido a trovoada, enquanto que o som vai demorar mais tempo a percorrer a distância até nós. De acordo com os valores indicados anteriormente, já sabemos que o som percorre 340 metros a cada segundo que passa. Assim:

se ouvires o trovão 1 segundo após teres visto o relâmpago, então o foco da trovoada está a aproximadamente 340 metros de ti;

se ouvires o trovão 2 segundos após teres visto o relâmpago, então o foco da trovoada está a aproximadamente 680 metros de ti (2 x 340 = 680 m);

se ouvires o trovão 3 segundos após teres visto o relâmpago, então o foco da trovoada está a aproximadamente 1020 metros de ti (3 x 340 = 1020 m);

...

Se contares o tempo que decorre desde o relâmpago até ao trovão, a cada 3 segundos de espera correspondem 1020 metros (aproximadamente 1 Km).

Determinar a Velocidade de um Som

A velocidade do som em determinado meio material pode ser determinada se conhecermos a distância a que o som se propagou e o tempo que demorou a propagar-se a essa distância:

A distância deve estar em metros e o tempo em segundos. Nesse caso a velocidade do som estará em metros por segundo (m/s), que é a unidade de Sistema Internacional para a velocidade.

Exercícios Resolvidos

Exercício 1 - Um canhão disparou um projéctil do topo de uma montanha. A 3060 metros de distância, do topo da muralha de um castelo, um observador ouviu o disparo 9 segundos após ter visto o clarão da explosão.

Sabendo que o som se propagou no ar, calcula a velocidade do som neste meio material.

Resolução

A cada segundo que passa o som propaga-se a 340 metros de distância.

Exercício 2 - Um observador ouve o trovão 10 segundos após ter visto um relâmpago. A que distância se encontra o observador do foco da trovoada?

Resolução

O observador encontra-se a 3400 metros do foco da trovoada.

Exercício 3 - Calcula o tempo necessário para que um som se propague ao longo de uma barra de latão de 25 metros de comprimento.

Resolução

O som demora 0.0071 segundos a percorrer a barra de latão.

Ao gritar no interior de uma caverna, é habitual conseguires ouvir o eco da tua voz.

Quando uma onda sonora "choca" com uma superfície dura e lisa, é reflectida, mudando assim de sentido de propagação. Assim, a onda sonora produzida pelas tuas cordas vocais é reflectida nas paredes da caverna e, num curto intervalo de tempo, regressa novamente até ti, dando a impressão de que alguém repetiu as tuas palavras.

Imagem do livro "FQ8 - Sustentabilidade na Terra - Edições ASA".

Para que ouças eco, o teu ouvido tem que distinguir o som produzido pelas tuas cordas vocais daquele que chega aos teus ouvidos após a reflexão. Para que o ouvido seja capaz de distinguir os dois sons, o som reflectido deve chegar aos teus ouvidos 0,1 segundos (ou mais) após ter sido emitido ou seja, o som deve demorar pelo menos 0,1 segundos desde que é emitido pelas cordas vocais até chegar novamente até aos teus ouvidos. Assim, se te encontrares a pelo menos 17 metros de um obstáculo, és capaz de ouvir o eco da tua própria voz.

Imagem do livro "FQ8 - Sustentabilidade na Terra - Edições ASA".

Imagem do livro "FQ8 - Sustentabilidade na Terra - Edições ASA".

Aplicações da Reflexão do Som

O efeito da Reflexão do som pode ser aplicado nas seguintes áreas:

Medicina

Na Medicina é frequente realizarem-se ecografias. Para isso é utilizada a reflexão de Ultra-sons.

Investigação e Pescas

Utiliza-se para determinar a profundidade de um oceano ou rio e para detectar cardumes de peixes.

Exercícios Resolvidos

Exercício 1 - Um navio equipado com um sonar pretende medir a profundidade de um oceano. Para isso, o sonar emitiu um Ultra-Som que foi reflectido no fundo do oceano e regressou ao navio 1,2 segundos após ter sido emitido. Sabendo que a velocidade do som na água do mar é de 1520 m/s, determina a profundidade do oceano.

Resolução

Em 1,2 segundos o som propaga-se a uma distância de 1824 metros. Mas neste intervalo de tempo o som efectuou duas vezes o trajecto que corresponde àn distÂncia até ao fundo do oceano, uma vez que o som proveniente do sonar desceu até ao fundo do oceano e depois de ser reflectido voltou a subir até ao barco. Assim, para sabermos a distância desde o barco até ao fundo do oceano devemos dividir a distância total por 2:

O oceano tem uma profundidade de 912 metros.

Exercício 2 - Qual a distância mínima a que deves estar de um obstáculo para que ouças o eco da tua própria voz?

Resolução

Já sabes que no ar o som se propaga a uma velocidade de 340 m/s. Para que ouças o eco da tua própria voz, o som emitido pelas tuas cordas vocais deve demorar no mínimo 0,1 segundos até chegar novamente aos teus ouvidos, pois só assim os teus ouvidos distinguem os dois sons. Então:

Em 0,1 segundos o som propaga-se até ao obstáculo e volta para trás. Ao todo "percorre" 34 metros.

Imagem do livro "FQ8 - Sustentabilidade na Terra - Edições ASA".

Para saber a distância a que devemos estar do obstáculo devemos dividir este resultado por dois:

A distância mínima a que te deves encontrar do obstáculo é de 17 metros.