Introdução à revisão sobre som

Revise os principais termos-chave e habilidades para ondas sonoras, incluindo como identificar os nós e antinós para ondas estacionárias em tubos.

Termos-chave

Termo	Significado
Tubo aberto	Tubo aberto nas duas extremidades. Também chamado de cano aberto.
Tubo fechado	Tubo aberto em uma extremidade e fechado na outra. Também chamado de cano fechado.
Ressonância	Outro termo para ondas sonoras estacionárias.

Ondas sonoras estacionárias em tubos abertos e fechados

As ondas sonoras são ondas longitudinais em um meio como o ar. As moléculas no meio vibram para frente e para trás a partir de sua posição de equilíbrio. Isso faz com que as moléculas sejam comprimidas em algumas partes da onda, o que resulta em variações de pressão em um padrão previsível. Por exemplo, quando um músico sopra em um tubo como uma flauta, o som produzido vem de ondas que viajam ao longo do comprimento do tubo.

Assim como outras ondas, a energia das ondas sonoras aumenta com a amplitude da onda. A sonoridade ou volume do som também aumenta com a amplitude da onda.

Em tubos abertos e fechados, pode haver ondas sonoras na forma de ondas estacionárias, desde que haja pelo menos um nó.

Tubos abertos

Em um tubo aberto, o meio (o ar, por exemplo) nas extremidades abertas vibra horizontalmente paralelamente ao comprimento do tubo. Isso significa que a onda estacionária tem antinós de deslocamento nas extremidades do tubo para todos os harmônicos e um nó no meio para a fundamental.

A onda estacionária mais simples em um tubo aberto é a fundamental, que tem

2

antinós e

1

nó. Portanto, há metade de um comprimento de onda entre os antinodos. Para um tubo aberto de comprimento

L

, o comprimento de onda

λ

da onda estacionária que corresponde à frequência fundamental é:

\begin{aligned} L & = \frac{λ}{2} \\ λ & = 2 L \end{aligned}

Em que a frequência fundamental é:

\begin{aligned} f_{1} & = \frac{v}{λ} \\ f_{1} & = \frac{v}{2 L} \end{aligned}

Ondas estacionárias com qualquer múltiplo inteiro da frequência fundamental podem caber em um tubo aberto.

Outra maneira de pensar em ondas estacionárias em tubos abertos é considerar como a pressão do ar varia ao longo do comprimento do tubo. Para tubos abertos, a pressão do ar nas extremidades se iguala à atmosfera. Portanto, a pressão permanece constante nas extremidades abertas e elas são nós de pressão.

A extremidade aberta de um tubo é um nó de pressão, bem como um antinó de deslocamento. Isso é realmente confuso. A pressão na extremidade aberta de um tubo tem um valor constante fixo (ou seja, nó) igual a uma atmosfera (supondo que seu tubo esteja exposto ao ar próximo à superfície da Terra). Mas o deslocamento das moléculas de ar na extremidade aberta do tubo tem um valor de variação máxima (ou seja, antinó), pois o ar está livre para se deslocar na extremidade aberta. Em outras palavras, se você estiver desenhando um diagrama da pressão no tubo, as extremidades abertas vão ser os nós. Se você estiver desenhando um diagrama do deslocamento do ar no tubo, as extremidades abertas vão ser os antinós.

Tubos fechados

As moléculas de ar não estão livres para vibrar para frente e para trás paralelamente ao tubo, então o deslocamento da onda estacionária é um nó na extremidade fechada. A extremidade aberta do tubo é sempre um antinó, pois as moléculas de ar podem vibrar horizontalmente paralelas ao comprimento do tubo.

O caso mais simples de onda estacionária em um tubo fechado tem

1

antinó e

1

nó. Desse modo, existe um quarto de comprimento de onda entre os antinós. Para um tubo fechado com comprimento

L

, a onda estacionária que corresponde à frequência fundamental é:

\begin{aligned} L & = λ / 4 \\ λ & = 4 L \end{aligned}

A frequência fundamental é:

\begin{aligned} f_{1} & = \frac{v}{λ} \\ f_{1} & = \frac{v}{4 L} \end{aligned}

Para tubos fechados, podemos ter apenas harmônicos ímpares. Isso ocorre porque os tubos fechados, por definição, têm um nó em uma extremidade e um antinó na outra, portanto não há como as frequências pares estarem presentes.

Também podemos pensar sobre ondas estacionárias em tubos fechados em termos da pressão do ar ao longo do comprimento do tubo. Para tubos fechados, a pressão do ar na extremidade fechada varia, pois não precisa se equalizar com a atmosfera. A pressão na extremidade aberta é constante, então a onda de pressão tem um nó na extremidade aberta e um antinó na extremidade fechada.

Erros comuns e conceitos equivocados

Às vezes as pessoas esquecem que as ondas sonoras precisam de um meio. As ondas sonoras não podem se propagar no vácuo (espaço vazio) porque não há moléculas de ar para vibrar e causar variações de pressão.

Saiba mais

Para explicações mais detalhadas sobre ondas sonoras, assista aos nossos vídeos:

Para verificar seus conhecimentos e aprimorar esses conceitos, resolva nossos exercícios:

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