II a frequência da onda ultrassônica é mais elevada do que a da onda sonora

As ondas sonoras estão constantemente presentes em nosso cotidiano e podem gerar em nós, por exemplo, sensações de tranquilidade e estresse. O som é classificado como uma onda mecânica (precisa de um meio de propagação), longitudinal (possui a propagação paralela à vibração) e tridimensional (propaga-se em todas as dimensões).

Velocidade de propagação do som

A velocidade de propagação das ondas sonoras depende de dois fatores básicos: o estado físico do meio pelo qual as ondas propagam-se e a temperatura. Quanto ao estado físico do meio, quanto maior for a proximidade entre as moléculas do meio, mais veloz será o som, por isso as ondas sonoras são mais rápidas nos sólidos, depois, nos líquidos e, por fim, nos gases.

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A temperatura influencia diretamente na velocidade de propagação das ondas sonoras, portanto, quanto maior a temperatura de um gás, por exemplo, maior será a velocidade de propagação do som.

Espectro sonoro

O espectro sonoro mostra o intervalo de frequências que são audíveis aos seres humanos. O aparelho auditivo humano possui capacidade de perceber frequências sonoras compreendidas entre 20 Hz e 20 kHz, e qualquer frequência além ou abaixo desses valores é inaudível para os seres humanos.

As frequências compreendidas abaixo do mínimo percebido pelo ouvido humano (20 Hz) são denominadas de infrassons. Animais como cães e gatos, por possuírem uma maior capacidade auditiva, podem perceber sons que para os humanos são considerados infrassons.

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As frequências compreendidas acima do máximo percebido pelo ouvido humano (20 kHz = 20.000 Hz) são denominadas de ultrassons. Animais como morcegos e golfinhos produzem ultrassons para sua locomoção e caça. Utilizamos as ondas ultrassônicas, por exemplo, em ultrassonografias, diagnósticos por imagens.

Qualidades fisiológicas

As qualidades fisiológicas das ondas sonoras estão relacionadas à nossa capacidade de percepção dos sons recebidos.

• Altura: Qualidade relacionada à frequência das ondas sonoras. A altura não tem relação com o volume.

Som alto = Som de alta frequência = Som agudo

Som baixo = Som de baixa frequência = Som grave

• Timbre: Qualidade relacionada ao formato das ondas sonoras produzidas por uma fonte. Mesmo que duas fontes distintas emitam sons com as mesmas características, cada fonte emite ondas com formatos diferentes e, assim, são percebidas de forma distinta. Diz-se, então, que cada fonte sonora possui um timbre característico.

• Intensidade: Qualidade relacionada à energia emitida por uma fonte sonora que atravessa determinada superfície dentro de certo intervalo de tempo. A intensidade tem relação com o volume do som emitido por uma fonte.

I = P
     A

A intensidade é definida como a razão da potência da fonte sonora pela área atingida pelas ondas. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, a unidade de medida para intensidade deve ser w/m2.

Estes exercícios abordam fenômenos que envolvem as ondas sonoras. Portanto, para resolvê-los, você precisa conhecer as características e fenômenos relacionados ao som.

Publicado por: Joab Silas da Silva Júnior em Exercícios de Física

Questão 1

(UFRN)Informações diagnósticas sobre a estrutura do corpo humano podem ser obtidas pela ultrassonografia. Nessa técnica, um pulso de ultrassom é emitido por um transdutor através do corpo e é medido o intervalo de tempo entre o instante da emissão desse pulso e o da recepção dos pulsos refletidos pelas interfaces dos órgãos internos. A figura ao lado representa um exame de ultrassonografia, no qual o transdutor colocado na altura do pescoço de um paciente, cujo diâmetro da artéria carótida se deseja medir, emite pulsos com velocidade de 150.000 cm/s. Mostram-se, também, os tempos em que os pulsos refletidos pela pele do paciente e pelas paredes anterior e posterior da sua carótida foram detectados. É correto afirmar que o diâmetro da carótida do paciente, na altura do pescoço, mede:

a) 0,15 cm

b) 1,5 cm

c) 0,25 cm

d) 2,25 cm

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Questão 2

Quando uma bola sonora incide na superfície de um lago, uma parte dela é refletida e a outra é transmitida para a água. Seja fI a frequência da onda incidente, fR a frequência da onda refletida e fT a frequência da onda transmitida para a água, é correto afirmar que:

a) fR = fI e fT > fI

b) fR < fI e fT > fI

c) fR = fI e f T = fI

d) fR < fI e fT = fI

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Questão 3

A respeito das ondas sonoras, marque a alternativa incorreta.

a) As ondas sonoras são longitudinais e possuem o cálculo de sua velocidade dependente da densidade do meio em que se propagam.

b) O efeito Doppler é a mudança da frequência do som produzido por uma fonte em razão do movimento relativo entre fonte sonora e observador.

c) O cálculo do nível sonoro é fruto de uma equação de base logarítmica e depende da intensidade mínima sentida pelo ouvido humano.

d) O eco é um fenômeno ondulatório relacionado com a refração das ondas sonoras. A velocidade do som no ar é igual a 340 m/s.

e) As ondas sonoras podem sofrer reflexão, refração, difração e interferência.

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Questão 4

De acordo com uma tabela de níveis de intensidade sonora, o nível de intensidade medido para pessoas em conversação normal e a 1 m de distância é de 60 dB. Sabendo que a intensidade mínima percebida pelo ouvido humano é de 10 -12 W/m2, determine a intensidade sonora da voz de uma pessoa em conversação normal em W/m2.

a) 10 – 2

b)10 – 5

c)10 – 7

d)10 – 1

e)10 – 6

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Questão 5

Um técnico mede a intensidade do som gerado por um alto-falante em uma distância de 10 m, e o valor obtido foi de 0,040 W/m2. Determine a potência da fonte sonora, admitindo que ela seja constante e que o som propague-se uniformemente em todas as direções.

Dados: Utilize π = 3

a) 38 W

b) 48W

c) 58W

d) 68W

e) 78W

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Questão 6

A uma certa distância de uma fonte sonora, que produz um som de propagação uniforme no espaço, a intensidade sonora corresponde a 0,2 W/m2. Sabendo que a potência da fonte é constante e vale 10 W, determine a distância entre a fonte e o ponto de marcação do valor da intensidade.

a) 1 m

b) 2 m

c) 4 m

d) 5 m

e) 15 m

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Questão 7

(UFT – PR) Sobre as ondas sonoras, considere as seguintes afirmações:

I) As ondas sonoras são ondas transversais;

II) O eco é um fenômeno relacionado com a reflexão da onda sonora;

III) A altura de um som depende da frequência da onda sonora.

Está(ão) correta(s) somente:

a) I

b) II

c) III

d) I e II

e) II e III

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Respostas

Resposta Questão 1

LETRA “B”

Por meio da figura, observamos que o tempo de ida e volta do pulso de ultrassom é de 15x10 -6 s, para a reflexão na face anterior da carótida, e de 35x10 – 6 s, para a reflexão na face posterior da carótida. Portanto, o tempo para atravessar a carótida é a diferença entre esses dois valores e corresponde a 20x10 -6 s. Na ida e volta, o pulso percorre uma distância correspondente ao dobro do diâmetro. Logo, da definição de velocidade média, temos:

v = 2.d
      Δt

1,5x105 . 20x10 -6 = 2.d

3 = 2.d

d = 1,5 cm

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Resposta Questão 2

LETRA “C”

Quando a onda passa de um meio para outro, a sua frequência permanece constante; portanto, a frequência transmitida e a frequência incidente são iguais. Na reflexão, as ondas também mantêm a sua frequência, logo, as frequências refletida e incidente também são iguais.

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Resposta Questão 3

LETRA “D”

O eco é um fenômeno ondulatório relacionado com a reflexão das ondas sonoras, e não com a refração como indica a alternativa.

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Resposta Questão 4

LETRA “E ”

Da equação do nível de intensidade sonora e utilizando propriedades logarítmicas, temos:

β = 10 . log (I)
                   I0

60 = 10 . log (I) – log (I0)

6 = log (I) – log (10-12)

6 = log (I) + 12 . log (10)

6 = log (I) + 12

log (I) = - 6

I = 10-6 W/m2

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Resposta Questão 5

LETRA “B”

Como o som propaga-se de forma uniforme em todas as direções, a melhor área de propagação a ser considerada é a de uma esfera. Portanto, sendo a área da esfera 4 πR2, temos que a intensidade sonora é:

I = P → I.A = P → I . 4 πR2 = P
     A

P = 0,040 . 4. 3. 102

P = 48 W

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Resposta Questão 6

LETRA “B”

Como o som se propaga de forma uniforme em todas as direções, a melhor área de propagação a ser considerada é a de uma esfera. Portanto, sendo a área da esfera 4 πR2, temos que a intensidade sonora é:

I = P → I.A = P → I . 4 πR2 = P
     A

A distância entre a fonte e o ponto considerado é o raio da esfera, logo:

R2 =     P   
         4π.I

R2 =         10        
        4 . 3,14 . 0,2

R2 =    10   
        2,512

R2 = 3,99

R ≈ √4

R ≈ 2 m

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Resposta Questão 7

LETRA “E”

A afirmação I está errada. As ondas sonoras são longitudinais.

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