O que ouve o ouvido humano?

Ouvido humano
O ouvido humano é constituído por ouvido esterno, ouvido médio e ouvido interno.

As vibrações sonoras são captadas pelo ouvido externo (no tímpano) e transmitidas ao ouvido médio, que as amplifica e envia ao ouvido interno.

A propagação das ondas no líquido interno origina impulsos elétricos que são transmitidos ao cérebro pelo nervo auditivo. No cérebro, estes implusos são descodificados e traduzidos em sons.


Espetro sonoro
Nem todas as vibrações que atingem os nosso ouvidos são por estes rececionadas.
Espetro sonoro - conjunto de todas as frequências possíveis para as ondas sonoras.

De acordo com a frequência da onda sonora, classificam-se os sons em infra-som, som audível pelo ouvido humano e ultra-som.

Mas há seres vivos que conseguem detetar alguns dos sons que para os humanos são inaudíveis.

Curiosidade:

Ruídos mais incomodativos:

Escala decibel e audiogramas

Nível sonoro - escala comparativa que avalia a intensidade do som. Mede-se em decibel (dB).

Os gráficos que medem a audibilidade de cada pessoa em função da frequência e do nível sonoro são audiogramas.

Pode concluir-se que:

• quanto menor frequência, maior intensidade;
• quanto mais frequência, menos intensidade.

Quando o nível sonoro é superior a 130 dB, o som provoca um sensação dolorosa. Sons de intensidade muito elevada podem causar surdez.

De um modo geral, o limiar de audibilidade diminui com a idade, ou seja, é necessário que o som tenha maior intensidade para que possa ser detetado.

Surdez

A surdez tem diversas origens, podendo dever-se à exposição a sons de intensidade muito elevada, a malformações ou infeções permanentes. Por exemplo, se os ossículos do ouvido se colarem ao ouvido interno, deixam de vibrar eficazmente e não ocorre uma boa transmissão da onda sonora. Se os canais foram obstruídos, por exemplo, com a formação de cera no canal auditivo, também ocorrerá surdez.

Para completar este aula deixo-vos aqui um vídeo para que percebam melhor esta parte da matéria:

Som

Produção de sons

O som é o resultado de uma vibração, que se transmite ao meio de propagação, originando ondas sonoras.

Propriedades do som

Altura do som

A altura do som é a propriedade do som que permite classificar os sons em agudos (altos e finos) ou graves (baixos ou grossos).

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

MAIOR ALTURA = MAIOR FREQUÊNCIA

Intensidade do som
A intensidade do som é a propriedade que permite classificar os sons em fortes e fracos.

Está relacionada com a amplitude da onda sonora.

MAIOR INTENSIDADE = MAIOR AMPLITUDE

A intensidade de um som depende ainda:

• da distância a que se encontra a fonte sonora;
• da sensibilidade auditiva.

Timbre

O timbre é a propriedade do som que permite distinguir sons com a mesma intensidade e altura, mas provenientes de fontes sonoras diferentes.

A onda  sonora é produzida por uma diapasão é uma onda simples.Quando se coloca um microfone ligado a um osciloscópio, a perturbação sonora no microfone transforma-se num sinal elétrico que varia no tempo:

A onda sonora originada por uma flauta é complexa. Quando a perturbação é detetada pelo microfone, o sinal observado no osciloscópio resulta da sobreposição de várias ondas simples que diferem na frequência. O som é uma onda mecânica, pelo que necessita de uma meio material para se propagar: não se propaga no vazio. A velocidade de propagação difere consoante o meio de propagação do som.

Propagação do som

O som é uma onda mecânica, pelo que necessita de uma meio material para se propagar: não se propaga no vazio. A velocidade de propagação difere consoante o meio de propagação do som. 

De um forma geral:

V_{som sólido} > V_{som líquido} > V_{som gás}

A velocidade de propagação do som depende do estado físico do meio, da densidade e elasticidade do material, etc.

Há materiais que são utilizados como isolantes, pois as suas partículas vibram com dificuldade, absorvendo a energia transportada pela onda sonora. A cortiça, a esferovite e a alcatifa são exemplos de materiais usados como isoladores sonoros.

Velocidade da propagação

O valor da velocidade de propagação do som em qualquer meio pode ser obtido pelo quociente entre a distância e o intervalo de tempo que o som demora a percorrer essa distância:

Quando a onda sonora é periódica, isso significa que percorre num intervalo de tempo correspondente ao período um distância igual ao comprimento de onda, e tem-se:

Como a frequência é o inverso do período:

a velocidade de propagação também pode ser calculada da seguinte forma:

Fenómenos do som

Reflexão do som - eco e reverberação

A reflexão do som ocorre quando o som, ao embater numa superfície, volta para trás, continuando a propagar-se no mesmo meio.

Para distinguir claramente o som refletido do som original, é necessário que exista entre eles um intervalo mínimo de 0,1 segundos.

No ar o som propaga-se com uma velocidade de 340 m/s:

A distância que o som percorre é:

Desta forma, para que seja possível ouvir distintamente o eco do som original, é necessário que seja percorrida numa distância de 34 metros, pelo que a superfície refletora tem de estar a uma distância mínima de 17 metros da fonte emissora.

Neste caso, não se consegue distinguir o som original do som refletido, pelo que há apenas a sensação de um prolongamento do som original e os sons parecem durar mais tempo no nosso ouvido do que seria normal.

Refração do som

Ocorre quando o som passa de um meio material para outro, pode mudar de direção. No novo meio, o som propaga-se com velocidade diferente.

Ressonância 

Ponde a vibrar um diapasão, colocando-o, de seguida, numa caixa oca, de madeira e aberta de um dos lados, verifica-se o aparecimento de um som mais intenso.

A intensidade do som foi reforçada pela vibração do ar contido na caixa com uma frequência igual à do diapasão. A este efeito chama-se ressonância.

Alguns instrumentos musicais utilizam este fenómeno para tornarem o seu som mais intenso. Para isso, possuem caixas de ressonância.

Guitarra

Tambor

Absorção e difração

Certos materiais absorvem grande parte da energia transportada pela onda sonora, sendo o som refletido muito fraco. Esses materiais podem ser utilizados para fazer isolamentos sonoros ou para evitar ecos e fenómenos de reverberação. As espumas, as fibras de vidro, as carpetes e os tecidos são exemplos de materiais que têm grande poder de absorção.

A difração do som é um fenómeno que está relacionado com a capacidade que o som tem de contornar obstáculos. É em parte, devido a este fenómeno que é possível ouvir sons provenientes da parte de trás de um muro.

Ondas

O que são ondas?

Uma onda é uma perturbação que se inicia num ponto e se propaga, transferindo energia de um ponto para o outro.

Na propagação de uma onda, só há transferência de energia, não há transporte de matéria.

Existem vários tipos de ondas, como, as ondas sísmicas, as ondas do mar, as ondas sonoras, as ondas luminosas, etc.



Ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas
Todas as ondas se propagam transferindo energia de um ponto para o outro.
As ondas mecânicas, para se propagar, necessitam de um meio material.
Exemplos de ondas mecânicas: ondas sonoras, ondas sísmicas, ondas da água do lago, etc.


As ondas eletromagnéticas não necessitam de um meio material para se propagar, propagam-se no vazio. As ondas luminosas são exemplos de ondas eletromagnéticas.



Ondas longitudinais e transversais
Ondas longitudinais são aquelas em que a direção de propagação coincide com a direção de vibração.

Nas onda transversais, a direção de propagação e a vibração são perpendiculares.

Ondas sonoras

O som é produzido pela vibração de uma fonte sonora. Essa vibração transmite-se através de um meio material até aos ouvidos, onde é percepcionada. A transmissão das vibrações ao meio circundante provoca a aproximação das partículas em determinadas zonas e o seu afastamento noutras. As zonas de compressão (aproximação das partículas) correspondem a cristas e as rarefação (afastamento das partículas) a vales.

À vibração de uma fonte sonora está associada energia de movimento (energia cinética), a qual é transferida através da onda enquanto esta se propaga no meio material.



Características de uma onda periódica
Numa onda periódica, todas as partículas do meio vibram de igual forma. Mas no mesmo instante pode haver uma partícula que se encontra na posição de equilíbrio, outra que se encontra abaixo da posição de equilíbrio e uma outra que está acima da posição de equilíbrio. Se duas partículas se encontram na mesma posição relativamente ao equilíbrio, diz-se que estão na mesma fase de vibração. Assim, uma onda periódica pode ser caracterizada por diferentes grandezas.

A diferença de posição entre qualquer ponto e o equilíbrio chama-se elongação.
O comprimento de onda é a distância máxima entre dois pontos que se encontram na mesma fase. A unidade de base é o metro.

Numa onda de deslocamento, a amplitude corresponde à distância máxima da elongação e exprime-se em metro.

A frequência da onda corresponde ao número de ciclos (oscilações) que se completam em cada segundo. Expressa-se em vibrações ou ciclos por segundo.

O intervalo de tempo mínimo decorrido até que o fenómeno retome as mesmas características - tempo necessário para se completar um ciclo- denomina-se período e é representado pela letra T.

Temperatura e calor

Diferenças entre calor e temperaturas

Temperatura

Calor

 Conclusão:
Assim, enquanto a temperatura é uma propriedade dos corpos, o calor é uma medida da transferência de energia entre corpos.

Aquecimento dos materiais

O calor é a energia térmica em movimento.

Existem dois processos de transferência de energia como calor:

• condução;
• convecção.

Condução

A condução é um processo em que as partículas diretamente em contacto com a fonte quente adquirem uma maior agitação, pois a temperatura é maior.

Contudo, nem todos os sólidos são bons condutores térmicos. 

Os metais são, em geral, bons condutores térmicos. A madeira, a lã, a cortiça são exemplos de maus condutores térmicos.

Bons condutores térmicos:

Maus condutores térmicos:

Convecção:

A convecção é um processo de transferência de energia que ocorre nos fluidos (líquidos ou gases) e que é acompanhado de transporte de matéria).

Conclusão:

Se não ficaram a perceber bem a matéria vejam o vídeo que deixo aqui em baixo:

Transferências de energia

Transferências e transformações de energia 

Transferências de energia
A energia é algo que não se vê nem se toca, manifesta-se sob diferentes aspeto. A energia transfere-se entre corpos.
As transferências de energia ocorrem sempre que a energia passa de um sistema para outro.

Fonte e recetor de energia
Uma transferência de energia, ocorre de um sistema - a fonte - para outro- o recetor.

Transformações de energia
As transformações de energia ocorrem sempre que num sistema há conversão de uma forma de energia noutra.
Exemplo:
Na torradeira a energia elétrica é convertida (transformada) em energia térmica e luminosa.

Principio da conservação da energia

Quando ocorrem transferências de energia entre sistemas, nem toda a energia fornecida pela fonte é utilizada de forma útil pelo recetor.
De um modo geral, só uma percentagem de energia fornecida (Ef) pela fonte é utilizada (Eu) pelo recetor na realização da tarefa para o qual foi construído. A outra parte da energia é dissipada em fins não pretendidos (Ed).

Exemplo:

Assim, a energia fornecida (Ef) é  igual à soma da energia útil (Eu) com a energia dissipada (Ed).

A energia antes e depois da transformação é a mesma. O princípio da conservação da energia defende que a energia não se cria nem se destrói, apenas se transforma e transfere, conservando-se a energia total do Universo.

Energia

A energia é um grandeza física de díficil definição.
A energia não é um substância, nem um força, nem a causa dos fenómenos.
Pode associar-se energia a materiais e a situações de ação.
A energia pode transferir-se entre os corpos.

Manifestações de energia

A energia pode manisfestar-se de diferentes maneiras:

A energia elétrica está associada à existência de uma corrente elétrica.

A energia térmica está associada ao aquecimento dos corpos.

A energia sonora está associada à produção de sons.

A energia mecânica está associada ao movimento.

A energia química relaciona-se com o conteúdo.

A energia radiante está associada a diferentes radiações. Quando a radiação é visível, a luz, fala-se em energia luminosa.

Fontes de energia

As fontes de energia podem classificar-se em:

• Fontes primárias;
• Fontes secundárias.

Fontes primárias de energia

Os recursos naturais que podem ser utilizados como fontes de energia designam-se fontes primárias de energia. 

Exemplos de fontes primárias de energia:

• os combustíveis fósseis (como o petróleo ou o gás natural);
• a água;
• o vento;
• a radiação solar;
• o urânio;

As fontes primárias de energia ainda podem ser classificadas em:

• Fontes não-renováveis de energia;
• Fontes renováveis de energia.

Fontes secundárias de energia

Já a eletricidade, o gasóleo, a gasolina e o gás butano são considerados fontes secundárias de energia, pois são obtidos a partir das fontes primarias de energia. A eletricidade, por exemplo, pode ser produzida a partir de água ou do carvão; a gasolina e o gás butano têm a sua origem na destilação do petróleo bruto.

Fontes não-renováveis de energia

As fontes não-renováveis de energia demoram centenas e milhares de anos a formar-se e esgotam-se à medida que vão sendo utilizadas. São por isso consideradas limitadas.

O petróleo bruto, o carvão e o gás natural são designados como combustíveis fósseis, atendendo ao modo como se formam.

Fontes renováveis de energia

As fontes renováveis de energia estão em contínua renovação, podendo ser utilizadas de forma ilimitada. As fontes renováveis de energia são: a radiação solar, o vento, as marés, a água, a geotermia, a biomassa e o biogás.

O SOL

O Sol é a grande fonte de energia do nosso planeta. Está na origem dos nossos alimentos pela fotossíntese e aquece-nos através das suas radiações.

A energia solar pode ser captada por painéis solares para produção de calor ou por painéis fotovoltaicos para produção de eletricidade.

O VENTO

A energia do vento ou a energia eólica é utilizada nos moinhos de ventos, barcos à vela e atualmente em centrais eólicas que transformam a energia eólica em energia elétrica, recorrendo a aerogeradores.

AS ONDAS E AS MARÉS

As ondas são a consequência da ação do vento sobre a superfície dos mares e dos oceanos. As ondas e as marés podem ser aproveitadas para a produção de eletricidade.

A ENERGIA HÍDRICA

Os cursos de água são uma fonte de energia (energia hídrica). A energia resultante da queda de água retida numa albufeira pode ser aproveitada para produzir energia elétrica numa central hidroelétrica.

A GEOTERMIA

A energia geotérmica tem origem na atividade térmica interna da Terra. Esta manifesta-se, por exemplo, através dos vulcões, das fumarolas e das nascentes de águas termais. Assim, esta energia permite obter vapor a alta temperatura e pressão.

A BIOMASSA

A matéria vegetal viva (biomassa) armazena energia química resultante da fotossíntese. A libertação de energia ocorre quando as plantas entram em decomposição, em combustão ou quando entram na cadeia alimentar.

A lenha, utilizada nas lareiras, é um exemplo de aproveitamento da biomassa para a produção de energia.

O BIOGÁS

O biogás é um combustível resultante da decomposição de restos orgânicos pela ação de bactérias, em meio sem oxigénio (meio anaeróbico). Dessa decomposição, libertam-se, entre outros gases, dióxido de carbono e metano.

Deixo-vos aqui um vídeo para que percebam melhor esta parte das Principais Fontes de Energia:

Formas fundamentais de energia

Apesar de todas as designações utilizadas para energia, estas agrupam-se em duas formas fundamentais:

• energia cinética;
• energia potencial.

Energia cinética

A energia cinética (Ec) é a energia associada ao movimento dos corpos.

A energia cinética dependa da massa (m) do corpo e da velocidade (v) a que o corpo se desloca, podendo ser calculada utilizando a expressão:

Energia potencial

A energia potencial (Ep) á a energia que se encontra armazenada nos corpos, deve-se à interação entre as partículas que o constituem.

Existem três tipos de energia potencial:

• Ep química - armazenada nas pilhas, combustíveis ou alimentos.
• Ep elástica - armazenada nas molas e nos elásticos.
• Ep gravítica - armazenada em qualquer corpo que se encontre afastado da superfície da Terra. Esta energia dependa da massa do corpo (m) e da altura (h) a que este se encontra da superfície terrestre e pode calcular-se pela expressão: