Caiu no vestibular

Qualidades fisiológicas do som

Os sons, isto é, as ondas sonoras audíveis, estão intimamente relacionadas com a audição humana. Em decorrência disso, há certas características dessas ondas que são definidas em função de sua relação com o aparelho auditivo. São as chamadas qualidades fisiológicas do som: a altura, a intensidade e o timbre. Vamos analisar cada uma dessas três qualidades.

1) Altura de um som
 
A altura, caracterizada pela frequência, é a qualidade que permite classificar um som em grave ou em agudo. Na comparação entre dois sons, o de menor frequência é dito o mais grave (ou mais baixo), enquanto o som de frequência mais elevada é dito o mais agudo (ou mais alto)
 
2) Intensidade de um som

Seja ΔE a energia associada a uma onda sonora que atravessa uma superfície de área A, perpendicular à direção de propagação, durante um intervalo de tempo Δt. A relação entre a energia ΔE e o intervalo de tempo Δt, é a potência P da onda.

Definimos intensidade energética I da onda pela relação entre a potência P e a área A da superfície que a onda atravessa:

I = P/Δt

A unidade SI de intensidade sonora é W/m²
 
Existe uma intensidade energética mínima abaixo da qual é impossível ouvir um som, apesar de ele estar dentro da faixa de frequência dos sons audíveis. 

A esse valor damos o nome de limiar de audibilidade. Embora seu valor varie de pessoa para pessoa e também com a frequência do som, o valor médio adotado para ele é I₀ = 10^-12 W/m². 

Por isso, além da intensidade energética, diretamente relacionada com a energia transportada pela onda, costuma-se definir uma intensidade fisiológica, mais conhecida como nível sonoro NS, relacionado com a sensação auditiva que o som provoca.

Considerando um som de intensidade energética I, e sendo I₀ o limiar de audibilidade, o nível sonoro NS desse som, expresso na unidade decibel (símbolo: dB) é definido pela relação:

NS = 10.log I/I₀

                                      
A unidade original de nível sonoro é o bel (símbolo: B), em homenagem ao cientista escocês, naturalizado norte-americano, Alexander Graham Bell (1847 – 1922), inventor do telefone. Por ser uma unidade grande, prefere-se utilizar seu submúltiplo decibel (dB).
 
3) Timbre de um som
 
Uma mesma nota musical, tocada por uma flauta e por um violino, soa de forma diferente, de modo a possibilitar a identificação do instrumento. Essa qualidade do som que permite distinguir a fonte emissora é denominada timbre.
(Texto adaptado do livro “Aulas de Física”da Editora Saraiva)
 
Exercício 1:

(PUC – MG)
Analise a frase a seguir: “A televisão estava funcionando com volume máximo, e o que se ouvia era um apito agudo e estridente”. As expressões sublinhadas referem-se, respectivamente, às seguintes características do som:
 
a) intensidade, altura, timbre.
b) altura intensidade, timbre.
c) timbre intensidade altura.
d) intensidade, timbre, altura.

Resolução:

Volume: intensidade sonora; 
Agudo: altura (frequência); 
Estridente: timbre.
 
Resposta: a

Exercício 2: 

(UFRGS)
Quais as características das ondas sonoras que determinam, respectivamente, as sensações de altura e intensidade (nível sonoro) do som?
 
a) frequência e amplitude
b) frequência e comprimento de onda
c) comprimento de onda e frequência
d) amplitude e comprimento de onda
e) amplitude e frequência

Resolução:

Altura: frequência; 
Intensidade (nível sonoro): amplitude.

Resposta: a

Exercício 3: 

(UMC – SP)
A possibilidade de se distinguirem dois sons de intensidades e frequências iguais deve-se à diferenças entre:

a) as alturas
b) as velocidades
c) os períodos   
d) os comprimentos de onda
e) os timbres

Resolução:

A possibilidade de se distinguirem dois sons de intensidades e frequências iguais; isto é, alturas iguais, deve-se à diferenças entre os timbres.

Resposta: e

Exercício 4:

(Cefet – PR)
Uma onda longitudinal tem nível sonoro de 40 dB. Outra onda, de mesma frequência, no mesmo meio de propagação, tem nível sonoro de 60 dB. O número de vezes que a intensidade energética da segunda onda é maior em relação à primeira é:

a) 4          b) 100          c) 2,25          d) 20          e) 1,5
 
Resolução:

NS₁ = 40 = 10.log I₁/I₀ => log I₁/I₀ = 4 => I₁/I₀ = 10⁴ (1) 
NS₂ = 60 = 10.log I₂/I₀ => log I₂/I₀ = 6 => I₂/I₀ = 10⁶ (2)
(2)/(1) => I₂/I₁ = 10² => I₂ = 100.I₁

Resposta: b

Exercício 5:

(UFRGS) A menor intensidade de som que um ser humano pode ouvir é da ordem de 10^-16 W/cm². Já a maior intensidade suportável (limiar da dor) situa-se em torno de 10^-3 W/cm². Usa-se uma unidade especial para expressar essa grande variação de intensidades percebidas pelo ouvido humano: o bel (B). 0 significado dessa unidade é o seguinte: dois sons diferem de 1 B quando a intensidade de um deles é 10 vezes maior (ou menor) que a do outro, diferem de 2 B quando essa intensidade é 100 vezes maior (ou menor) que a do outro, de 3 B quando ela é 1000 vezes maior (ou menor) que a do outro, e assim por diante. Na prática, usa-se o decibel (dB), que corresponde a 1/10 do bel. Quantas vezes maior é, então, a intensidade dos sons produzidos em concertos de rock (110 dB) quando comparada com a intensidade do som produzido por uma buzina de automóvel (90 dB)?

a) 1,22.          b) 10.          c) 20.          d) 100.          e) 200.

Resolução:

A resolução deste exercício pode ser feita de modo análogo ao exercício 4 (1º modo), ou levando em conta o texto apresentado no exercício 5 (2º modo).
 
1º modo:

NS₁ = 90 = 10.log I₁/I₀ => log I₁/I₀ = 9 => I₁/I₀ = 10⁹ (1) 
NS₂ = 110 = 10.log I₂/I₀ => log I₂/I₀ = 11 => I₂/I₀ = 10¹¹ (2)
(2)/(1) => I₂/I₁ = 10² => I₂ = 100.I₁

Resposta: d

A intensidade dos sons no concerto de rock (110 dB) é 100 vezes maior do que a intensidade do som produzido pela  buzina (90 dB).
 
2º modo:

Os dois sons diferem por: 110 dB – 90 dB = 20 dB = 2 B. Assim, conforme o texto, a intensidade dos sons no concerto de rock (110 dB) é 100 vezes maior do que a intensidade do som produzido pela buzina (90 dB).

Resposta: d