Exercícios: O som

Num laboratório, suspende-se uma campainha elétrica dentro de uma campânula de vidro e vai-se retirando o ar aos poucos. A figura mostra a montagem da experiência.

1. a) Descreve o que se ouve à medida que o ar vai saindo.
2. b) O que demonstra esta experiência sobre o que o som necessita para se propagar?
3. c) Por que razão é que dois astronautas na superfície da Lua comunicam por rádio mesmo estando um ao lado do outro?

O som viaja pelo ar como uma sucessão de zonas de ar comprimido e rarefeito que avançam desde a fonte até ao ouvido. A figura representa essas zonas de compressão e rarefação.

1. a) O ar desloca-se desde o altifalante até ao teu ouvido ou apenas oscila em torno da sua posição?
2. b) Tendo em conta a direção em que o ar oscila relativamente à direção em que a onda avança, o som é uma onda transversal ou longitudinal? Justifica.
3. c) Descreve como modelarias isto com uma mola esticada sobre a mesa.

O altifalante do pavilhão desportivo está a $68\ \text{m}$ de onde te encontras, como se mostra na figura.

Quanto tempo demora o som a chegar aos teus ouvidos? Dado: o som viaja no ar a $340\ \text{m/s}$.

Numa viola, a primeira corda (a mais fina) vibra a $330\ \text{Hz}$ solta e a sexta (a mais grossa) a $82,5\ \text{Hz}$.

1. a) Qual das duas cordas soa mais aguda?
2. b) De que grandeza da onda depende a altura (agudo ou grave) de um som?
3. c) Em que unidade se mede essa grandeza?

Duas pessoas tocam na mesma tecla de um piano, uma com muito mais força do que a outra.

1. a) Qual dos dois sons se ouve mais forte?
2. b) O volume de um som (forte ou fraco) é a qualidade chamada intensidade: de que grandeza da onda depende?
3. c) A altura da nota muda ao tocá-la com mais força? Justifica.

Um ouvido humano jovem e saudável perceciona sons entre cerca de $20\ \text{Hz}$ e $20\,000\ \text{Hz}$. Indica se conseguimos ouvir cada um destes sons e dá o nome ao intervalo a que pertencem:

1. a) Um som de $15\ \text{Hz}$.
2. b) Um som de $440\ \text{Hz}$.
3. c) Um som de $25\,000\ \text{Hz}$.

Como se chamam os sons com frequência acima de $20\,000\ \text{Hz}$ e que animal os utiliza para se orientar na escuridão?

Um violino e uma flauta tocam a mesma nota, um lá de $440\ \text{Hz}$, e com o mesmo volume. A figura mostra a forma das ondas que cada instrumento produz.

1. a) Por que razão conseguimos, mesmo assim, distinguir que instrumento está a tocar?
2. b) Como se chama essa qualidade do som? Explica em que diferem as ondas que cada instrumento produz.

Durante uma trovoada, vês o relâmpago e contas $4\ \text{s}$ até ouvires o trovão, como se mostra na figura.

1. a) A que distância de ti está a trovoada? (O som viaja a $340\ \text{m/s}$.)
2. b) Por que razão podes desprezar o tempo que a luz do relâmpago demora a chegar até ti?

Gritas em frente à parede de um pavilhão e ouves o eco $0,5\ \text{s}$ depois, como se mostra na figura.

1. a) Explica que caminho o som percorreu desde que saiu da tua boca até o ouvires.
2. b) Calcula a que distância está a parede. (O som propaga-se a $340\ \text{m/s}$.)

Um fogo de artifício rebenta a $1700\ \text{m}$ da tua casa. Quanto tempo demoras a ouvir o estrondo desde que vês o clarão? (O som viaja a $340\ \text{m/s}$.)

Um apito emite um som de $340\ \text{Hz}$ no ar, onde o som viaja a $340\ \text{m/s}$.

1. a) Calcula o seu comprimento de onda.
2. b) Outro apito emite com o dobro da frequência, $680\ \text{Hz}$: calcula o seu comprimento de onda.
3. c) Explica, com a ajuda de $v = \lambda \cdot f$, como varia o comprimento de onda de um som quando a sua frequência aumenta no mesmo meio.

Um altifalante gera um tom puro de $200\ \text{Hz}$ no ar.

1. a) Calcula o período da onda.
2. b) Calcula o seu comprimento de onda. (O som viaja a $340\ \text{m/s}$.)

O som viaja na água do mar a cerca de $1500\ \text{m/s}$. Dois golfinhos nadam separados por $3\ \text{km}$.

1. a) Quanto tempo demora o som de um a chegar ao outro através da água?
2. b) Quanto tempo demoraria a percorrer essa mesma distância através do ar? (No ar, viaja a $340\ \text{m/s}$; apresenta o resultado com uma casa decimal.)
3. c) Em qual dos dois meios o som se propaga mais rapidamente?

Um guia de montanha grita em direção à parede de um desfiladeiro que se encontra a $170\ \text{m}$.

1. a) Que distância total percorre o som desde que ele grita até ouvir o eco?
2. b) Quanto tempo demorará a ouvir o eco? (O som viaja a $340\ \text{m/s}$.)

Uma baleia canta a $20\ \text{Hz}$ e um morcego emite os seus chamamentos a $68\,000\ \text{Hz}$.

1. a) O ouvido humano consegue percecionar ambos os sons? Justifica com base no intervalo de audição, de $20\ \text{Hz}$ a $20\,000\ \text{Hz}$.
2. b) Calcula o comprimento de onda de cada som no ar e exprime-o numa unidade adequada. (O som viaja a $340\ \text{m/s}$.)
3. c) Relaciona o comprimento de onda tão reduzido dos chamamentos do morcego com a sua capacidade para detetar insetos minúsculos.

Numa cidade coexistem o trânsito, as obras, as esplanadas com música e as sirenes das ambulâncias.

1. a) Explica o que se entende por poluição sonora.
2. b) Refere dois efeitos do ruído excessivo na saúde das pessoas.
3. c) Propõe uma medida para reduzir o ruído atuando na fonte e outra atuando no meio de propagação.

Um caminhante grita em frente a uma escarpa rochosa distante e ouve o eco $3\ \text{s}$ depois.

1. a) A que distância está a escarpa? (O som propaga-se a $340\ \text{m/s}$.)
2. b) Caminha $170\ \text{m}$ em direção à escarpa e volta a gritar: quanto tempo demora agora o eco?
3. c) Explica por que razão o tempo diminuiu na mesma proporção que a distância.

O sonar de um navio envia um pulso de ultrassons em direção ao fundo marinho e o eco regressa $0,4\ \text{s}$ depois, como se mostra na figura. O som propaga-se na água a $1500\ \text{m/s}$.

1. a) Que profundidade há sob o navio?
2. b) Por que razão o sonar utiliza ultrassons em vez de sons audíveis?
3. c) Se o navio navegar até uma zona onde o fundo se encontra a $600\ \text{m}$, quanto tempo demorará o eco a regressar?

Existe uma regra prática para as trovoadas: «a cada $3\ \text{s}$ entre o relâmpago e o trovão, $1\ \text{km}$ de distância».

1. a) Verifica a regra calculando que distância o som percorre em $3\ \text{s}$ ($v_{\text{som}} = 340\ \text{m/s}$).
2. b) Que erro comete a regra, em metros e em percentagem? Parece-te aceitável para o uso diário?
3. c) A regra supõe que a luz chega instantaneamente: calcula quanto tempo a luz do relâmpago demora realmente a percorrer $1\ \text{km}$ ($c = 3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$) e justifica se a suposição é razoável.

Nos filmes do Faroeste, os batedores encostam o ouvido ao carril do comboio para saber se algum se aproxima. O som viaja no aço a $5000\ \text{m/s}$ e no ar a $340\ \text{m/s}$. Um comboio distante apita a $1700\ \text{m}$ de distância. A figura mostra os dois caminhos pelos quais o som chega.

1. a) Quanto tempo demora o apito a chegar pelo ar?
2. b) Quanto tempo demora a chegar pelo carril?
3. c) Com que avanço chega o som pelo carril? Apresenta o resultado com uma casa decimal.
4. d) Explica, pensando nas partículas de cada meio, por que razão o som se propaga muito mais rapidamente no aço do que no ar.

Dois alunos querem medir a velocidade do som ao ar livre. Colocam-se a $255\ \text{m}$ um do outro: um golpeia um bombo e o outro cronometra $0,75\ \text{s}$ desde que vê a batida até ouvir o som.

1. a) Calcula a velocidade do som obtida pelos alunos.
2. b) Por que razão o segundo aluno inicia o cronómetro ao ver a batida e não precisa de saber o instante exato em que esta ocorreu?
3. c) Indica duas fontes de erro desta medição e uma forma de melhorar a experiência.

Num concerto ao ar livre, o som junto aos altifalantes é ensurdecedor e a $100\ \text{m}$ mal incomoda. A figura representa a forma como a energia da onda se distribui à medida que se afasta do altifalante.

1. a) Que grandeza da onda sonora diminui ao afastar-se da fonte e qual se mantém constante?
2. b) O altifalante emite a sua energia distribuindo-a por superfícies esféricas cada vez maiores à medida que a onda se afasta: explica, com base nesta ideia, por que razão a intensidade sonora diminui tanto com a distância.
3. c) Relaciona o referido com a recomendação de não permanecer muito tempo junto aos altifalantes.

Uma família vive num apartamento junto a uma avenida muito movimentada e sofre com o ruído do trânsito também durante a noite.

1. a) Propõe uma medida para reduzir o ruído atuando na fonte, outra no meio de propagação e outra no recetor, justificando fisicamente cada uma.
2. b) Explica por que razão uma janela com vidro duplo e caixa de ar isola melhor o ruído do que um vidro simples.
3. c) Dentro de casa, cortinas grossas, tapetes e estantes cheias de livros reduzem o ruído: o que fazem estes materiais ao som em vez de o refletirem?

Um morcego emite um pulso de ultrassons e recebe o eco produzido por uma traça $0,02\ \text{s}$ depois. (O som propaga-se no ar a $340\ \text{m/s}$.)

1. a) A que distância está a traça?
2. b) Porque é que os seres humanos não ouvem os chamamentos do morcego?
3. c) Os objetos muito menores do que o comprimento de onda quase não refletem a onda: justifica por que razão é vantajoso para o morcego utilizar frequências elevadas, com comprimentos de onda pequenos, para caçar insetos.