A área da Física chamada de acústica caracteriza-se por investigar os aspectos relacionados às ondas mecânicas como o som, as vibrações e o ultrassom. No artigo a seguir iremos explicar melhor o conceito e as suas características fisiológicas. Boa leitura!

O que é acústica?

A área de estudo da Física focada no estudo dos aspectos relacionados às ondas mecânicas como o som, ultrassom e vibrações recebe o nome de acústica.

Os estudos consideram a propagação dessas ondas mecânicas em meios sólidos, líquidos e gasosos. Dentre os fenômenos analisados estão a propagação, absorção, reflexão e interferência. 

O que são ondas mecânicas?

As ondas podem ser definidas como perturbações que se propagam carregando energia. As ondas mecânicas têm como característica diferencial o fato de precisar de um meio para se propagar.

Como qualquer onda, as ondas mecânicas não podem carregar matéria. 

Som

O som é um tipo de onda mecânica e dessa forma só pode se propaga em meios materiais como a água, o ar ou em metais. O som se propaga de forma tridimensional. Uma onda sonora se propaga de forma circular em um meio homogêneo, dessa forma percorre distâncias iguais em todas as direções.

O som é também uma onda transversal, ou seja, as ondas sonoras viajam na mesma direção da perturbação que lhes deu origem. É importante ressaltar que o som é uma onda mecânica e longitudinal.

Sons audíveis pelo ser humano

Os sons audíveis pelo ser humano estão dentro do intervalo de frequências conhecido como espectro audível. As frequências são distribuídas, em média, entre 20 Hz e 20.000 Hz. Recebem o nome de infrassons os sons de frequências inferiores a 20 Hz. Por sua vez, os sons superiores a 800 Hz são chamados de ultrassons. 

A detecção de ultrassons e infrassons é utilizada em diferentes tecnologias tendo diversas aplicações, como: 

• Realização de exames;
• Detecção de abalos sísmicos;
• Investigação de estruturas subterrâneas, entre outros. 

Velocidade de propagação das ondas sonoras

A velocidade de propagação das ondas sonoras é uma característica do meio em que essas ondas se deslocam. Essa característica depende de fatores como temperatura, densidade e elasticidade do meio. Normalmente, as ondas sonoras propagam-se mais rapidamente nos meios sólidos como metais, por exemplo. 

Principais características das ondas mecânicas

As características principais das ondas mecânicas tem relação à sua natureza e formato. Confira abaixo os pontos mais marcantes: 

• Ondas mecânicas não transportam matéria, somente energia;
• Essas ondas precisam de um meio, como o ar, para se propagar;
• As ondas mecânicas interagem com o meio ao seu redor vibrando as moléculas.  

Fenômenos

As ondas mecânicas sofrem fenômenos como:

• Refração (onda muda de meio);
• Reflexão (onda encontra um obstáculo e volta);
• Difração (onda contorna obstáculos);
• Interferência (onda encontra outra onda).

As ondas mecânicas possuem:

• Amplitude (intensidade da onda);
• Frequência (oscilação da onda); 
• Velocidade (rapidez da onda); 
• Comprimento de onda (tamanho da onda). 

Conceitos importantes da acústica

Confira abaixo conceitos importantes da acústica

Amplitude (A)

A amplitude é a altura que uma onda pode alcançar. Os pontos altos das ondas são chamados de cristas ou amplitude máxima. Os pontos baixos são conhecidos como vales ou amplitude mínima. A unidade de medida é em metros (m). 

Velocidade de propagação (V)

Trata-se da velocidade da onda no meio. Tem como unidade de medida o m/s. 

Frequência (f)

Consiste na oscilação completa de uma onda. Tem como unidade de medida o hertz (Hz).

Comprimento de onda (λ)

Consiste no espaço percorrido pela onda para completar uma oscilação (um ciclo). O lambda (λ) é o ponto mais alto da onda sendo encontrado entre duas cristas ou entre dois vales (ponto mais da onda). A unidade de medida é metros (m). 

Fórmulas de acústica

A acústica utiliza fórmulas para calcular características do som como:

• Velocidade de propagação;
• Comprimento de onda;
• Frequência;
• Intensidade sonora, entre outras. 

Confira abaixo as principais fórmulas da acústica: 

V = λf

Sendo:

• v – velocidade do som (m/s); 
• λ – comprimento de onda (m);
• f – frequência (Hz)

A fórmula abaixo é usada para determinar o nível de intensidade sonora do som em decibéis: 

dB = 10.log (II0)

Sendo: 

• I0 – limiar da audição humana (10-12 W/m²);
• I – intensidade sonora (W/m²). 

A seguir, você pode conferir a fórmula usada para calcular a frequência aparente, nesse caso a fonte sonora se move em relação a quem observa. 

f’ = f0 x (VS ∓ V0VSVF)

Sendo: 

• f – frequência aparente (Hz);
• f0 – frequência da fonte emissora (Hz);
• vs – velocidade do som (m/s);
• vF – velocidade da fonte sonora (m/s);
• vM – velocidade do meio (m/s). 

Acústica e música

A acústica possui aplicações diretas na música sendo uma delas o estudo dos harmônicos em cordas e em tubos sonoros. Esses estudos são aplicados em grande parte dos instrumentos musicais. Logo, existe uma relação bastante próxima entre essa área da Física e a música. 

Gostou de saber mais sobre acústica e as características do som? Para conferir mais conteúdos como este e dicas para o Enem e o vestibular, acesse outros posts do blog Hexag Medicina!