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:

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:

Amplitude

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

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.

Temporalmente, a corda oscila da seguinte forma:

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:

​

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

A: Som baixo ou grave - frequência reduzida

B: Som alto ou agudo - frequência elevada​

​

Intensidade

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:

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.