Propagação do som: Grandezas e características de uma onda

Explicação

O som propaga-se nos vários meios físicos sob a forma de ondas sonoras, das quais podem ser analisadas diversas características que influenciam diretamente os seus atributos.

Para tal, é necessário saber que uma onda sonora pode ser representada de duas formas:


Representação temporal	Representação espacial

Características do som

Período

O período, $\Gamma$ , corresponde ao tempo de uma onda completa. Pode ser retirado a partir da representação temporal da onda:

Física e Química A; Som; 11º Ano; Propagação do som: Grandezas e características de uma onda

Frequência

A frequência, $f$ , é expressa em Hertz ( $Hz$ ) e é calculada com base no período. Corresponde ao número de ondas por intervalo de tempo. Por outras palavras, é igual ao inverso do período:

$f=\dfrac{1}{\Gamma}$

Nota: Quanto maior for a frequência, menor será o período, ou seja, mais próximas vão estar cristas consecutivas.

Comprimento de onda

O comprimento correspondente a uma onda, $\lambda$ , irá ser calculado com base na sua representação espacial, onde:

Física e Química A; Som; 11º Ano; Propagação do som: Grandezas e características de uma onda

Amplitude

A amplitude é descrita como a posição de afastamento máximo das partículas face à posição de equilíbrio:

Física e Química A; Som; 11º Ano; Propagação do som: Grandezas e características de uma onda

Física e Química A; Som; 11º Ano; Propagação do som: Grandezas e características de uma onda

Nota: A amplitude nunca é a distância entre uma crista e um vale!

Velocidade de propagação

Tal como qualquer outra velocidade, a velocidade de propagação de uma onda sonora pode ser calculada por:

$v=\dfrac{\Delta x}{\Delta t}$

Esta expressão é em tudo semelhante àquela que te será mais vezes apresentada como forma de cálculo para a velocidade do som:

$v=\dfrac{\lambda}{\Gamma}\Leftrightarrow v=\lambda\times f$

O período não passa de um intervalo de tempo específico - o correspondente a uma onda completa.

E qual o deslocamento associado a esse intervalo? O deslocamento de uma onda, que é o mesmo que dizer o comprimento de onda.

Daí,

$\Delta x \rightarrow \lambda$ e $\Delta t \rightarrow \Gamma$

Finalmente, como:

$f=\dfrac{1}{\Gamma}\Leftrightarrow \Gamma=\dfrac{1}{f}\\\,\\v=\dfrac{\lambda}{\frac{1}{f}}=\lambda \times f$

Exemplo

Considera a oscilação de uma corda.

Física e Química A; Som; 11º Ano; Propagação do som: Grandezas e características de uma onda

Temporalmente, a corda oscila da seguinte forma:

Física e Química A; Som; 11º Ano; Propagação do som: Grandezas e características de uma onda

a) A amplitude da onda é de $5 \ m$ .

b) O comprimento de onda pode ser calculado, tendo em conta que sabes o comprimento de $2{,}5$ ondas:

$2{,}5 \ ondas$		$20 \ m$
$1 \ onda$		$x$
$x=8 \ m=\lambda$

c) Analogamente, também o período pode ser deduzido pelo segundo gráfico, onde está, precisamente, assinalado o tempo de $1$ onda. Logo,

$\Gamma=20 \ s$

d) Com os dados conhecidos, poderias determinar a velocidade de propagação da onda:

$v=\dfrac{\lambda}{\Gamma}=\dfrac{8}{20}=0{,}4 \ m/s$

Repara que isto é exatamente o mesmo que:

$v=\dfrac{\Delta x}{\Delta t}=\dfrac{20}{20\times2{,}5}=0{,}4 \ m/s$

Atributos do som

Altura

Física e Química A; Som; 11º Ano; Propagação do som: Grandezas e características de uma onda

A: Som baixo ou grave - frequência reduzida

B: Som alto ou agudo - frequência elevada

Intensidade

Física e Química A; Som; 11º Ano; Propagação do som: Grandezas e características de uma onda

Terceira onda: Som forte ou intenso - Grande amplitude

Primeira onda: Som fraco ou pouco intenso - Pequena amplitude

Nota: Por abuso de linguagem, no dia a dia, usa-se a expressão "falar mais baixo" ou "falar mais alto" quando, em rigor, se está a querer dizer "falar mais forte" ou "falar mais fraco".

Timbre

O timbre é o atributo que permite distinguir diferentes fontes sonoras. Cada fonte tem um timbre característico:

Física e Química A; Som; 11º Ano; Propagação do som: Grandezas e características de uma onda

Nota: Só o diapasão consegue produzir um som puro, correspondente a uma onda fundamental, como as representadas nos exemplos anteriores. Todas as outras fontes produzem ondas resultantes da sobreposição de vários harmónicos.