Acústica

A acústica é a área da ondulatória responsável pelo estudo do som. A onda acústica é um tipo de onda mecânica muito utilizada por nós, seres humanos, para nos comunicar. Além disso, utilizamos as propriedades e características das ondas sonoras para desenvolver equipamentos extremamente avançados de som, fones de ouvido e até mesmo para exames de ultrassonografia. Esses são apenas alguns dos exemplos de suas aplicações.

O fato é que essa belíssima teoria apresenta inúmeras funções na sociedade moderna, o que contribui enormemente para seu desenvolvimento e até mesmo para o avanço da nossa qualidade de vida.

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Resumo sobre acústica

• A acústica estuda os fenômenos relacionados ao som.

• É uma teoria baseada no caráter ondulatório do som.

• As ondas sonoras apresentam uma velocidade de propagação bem definida.

• As ondas sonoras sofrem fenômenos destrutivos, construtivos, reflexão, refração, difração, entre outros.

O que é acústica?

A acústica é a área da física e da engenharia que estuda o som. O som é uma onda do tipo mecânica, o que quer dizer que ela precisa, necessariamente, de um meio material para se propagar. É isso que possibilita a comunicação oral, pois ao falarmos, provocamos uma perturbação no meio — no caso, o ar à nossa volta — que é capturada por microestruturas do nosso aparelho auditivo, nos permitindo ouvir.

Como o som é um tipo específico de onda, ele apresenta as mesmas características comuns a qualquer tipo de onda, sendo algumas delas as cristas, os vales e a amplitude, além das propriedades de reflexão, refração, difração, absorção e também o efeito Doppler. Tudo isso faz com que as ondas sonoras sejam capazes de se propagar em qualquer meio, podendo ser sólido, líquido ou gasoso.

Quais as fórmulas da acústica?

Como o som é uma onda, ele deve respeitar a denominada equação fundamental da ondulatória, que relaciona a velocidade de propagação com seu respectivo comprimento de onda e sua frequência. Matematicamente, queremos dizer que

Nesse caso, v é a velocidade de propagação do som, λ, o seu comprimento de onda e f, sua frequência de oscilação.

A frequência de oscilação é definida como o número de oscilações em uma unidade de tempo. Por isso, se relaciona de forma inversa ao período de oscilação. Ou seja,

O som

Seguindo as características das ondas, o som é classificado como sendo uma onda mecânica longitudinal. Isso quer dizer que o som necessita de um meio de propagação e que sua direção de oscilação é a mesma da direção de propagação.

O som é uma onda de pressão que comprime o ar ou qualquer outro meio, causando perturbação e, consequentemente, vibrações. Ao chegar aos nossos ouvidos, elas são capturadas por estruturas que transmitem a informação para nosso cérebro.

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Características do som

Precisamos destacar que, assim como as ondas eletromagnéticas, o som apresenta um espectro constituído por diferentes valores de frequência. Por isso, nem todo tipo de som é perceptível pelo aparelho auditivo humano. Nós conseguimos captar apenas as frequências entre 20 e 20.000 Hz. Denominamos essa faixa de frequência como sendo o espectro sonoro. As frequências menores são denominadas infrassons e as maiores, ultrassons.

Outra característica das ondas sonoras é a intensidade. Essa é a grandeza responsável por permitir a detecção de várias fontes. Em outras palavras, a intensidade é a quantidade de energia que a onda sonora transfere a cada unidade de área e de tempo. No Sistema Internacional de Unidades, a intensidade é dada em W/m².

A intensidade também é representada pela unidade decibéis, que compara a intensidade de uma onda com a menor intensidade audível, valor denominado como o limiar de audição. A relação entre a intensidade e o número de decibéis é dado por:

Nesse caso, N é o número de decibéis, I é a intensidade dada em W/m² e I ₀, o limiar audível (cerca de 10^-12 W/m²).

Além da intensidade, temos a altura e o timbre. Essas são grandezas que também nos permitem distinguir fontes de ondas sonoras. A altura está relacionada à amplitude da oscilação e o timbre, à forma de vibração. Isso nos permite diferenciar duas notas idênticas produzidas por dois instrumentos musicais distintos, como o violino e o piano.

• Videoaula sobre ondas sonoras e suas características

Acústica na música

No contexto da música, a acústica está presente na forma de ondas estacionárias, que são produzidas pela interferência entre duas ondas sonoras de frequência igual. Mais especificamente, as ondas estacionárias são formadas por uma onda incidente e a sua onda refletida, que se propagam na mesma direção, mas em sentidos contrários. As ondas estacionárias também são conhecidas como harmônicos.

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Acústica no Enem

No Enem, a acústica tem sido bastante cobrada. As questões abordam, nomeadamente, suas principais características e os fenômenos envolvendo ondas sonoras, incluindo aqueles sofridos por elas. Além disso, aborda-se suas aplicações na tecnologia, como o radar de veículos e o ultrassom, equipamento de diagnósticos por imagem.

• Questões do Enem sobre acústica

Questão 1

(Enem 2020) Alguns modelos mais modernos de fones de ouvido têm um recurso, denominado “cancelador de ruídos ativo”, constituído de um circuito eletrônico que gera um sinal sonoro semelhante ao sinal externo (ruído), exceto pela sua fase oposta.

Qual fenômeno físico é responsável pela diminuição do ruído nesses fones de ouvido?

a) Difração

b) Reflexão

c) Refração

d) Interferência

e) Efeito Doppler

Resolução

Letra D. A interferência é o fenômeno que ocorre nas ondas causando ondas destrutivas ou construtivas. O fenômeno destrutivo é aquele em que as amplitudes são diminuídas, já o construtivo é aquele em que as amplitudes são somadas. Nesse caso, como o ruído some, o fenômeno é caracterizado como destrutivo. A alternativa a ser marcada é a letra D.

Questão 2

(Enem 2020) Os fones de ouvido tradicionais transmitem a música diretamente para os nossos ouvidos. Já os modelos dotados de tecnologia redutora de ruído — Cancelamento de Ruído (CR) —, além de transmitirem música, também reduzem todo ruído inconsistente à nossa volta, como o barulho de turbinas de avião e aspiradores de pó. Os fones de ouvido CR não reduzem realmente barulhos irregulares como discursos e choros de bebês. Mesmo assim, a supressão do ronco das turbinas do avião contribui para reduzir a “fadiga de ruído”, um cansaço persistente provocado pela exposição a um barulho alto por horas a fio. Esses aparelhos também permitem que nós ouçamos músicas ou assistamos a vídeos no trem ou no avião a um volume muito menor (e mais seguro). A tecnologia redutora de ruído CR utilizada na produção de fones de ouvido baseia-se em qual fenômeno ondulatório?

a) Absorção

b) Interferência

c) Polarização

d) Reflexão

e) Difração

Resolução

Letra B. O fenômeno em questão são as ondas destrutivas. Nesse caso, as amplitudes das ondas são reduzidas, o que leva à diminuição dos ruídos. A alternativa a ser marcada é a letra B.