objectivos de aprendizagem
no final desta secção, poderá:
- definir intensidade, intensidade sonora e nível de pressão sonora.
- calcular os níveis de intensidade sonora em decibéis (dB).
a Figura 1. Barulho em estradas lotadas como esta em Delhi torna difícil ouvir os outros a menos que gritem. (crédito: Lingaraj G J, Flickr)
em uma floresta tranquila, você pode às vezes ouvir uma única folha cair no chão., Depois de se deitar, pode ouvir o seu sangue a pulsar pelos ouvidos. Mas quando um motorista que passa tem seu estéreo ligado, você não pode mesmo ouvir o que a pessoa ao seu lado em seu carro está dizendo. Estamos todos muito familiarizados com a intensidade dos sons e cientes de que eles estão relacionados com a energia que a fonte está vibrando. Em desenhos animados representando uma pessoa gritando (ou um animal fazendo um barulho alto), o cartoonista muitas vezes mostra uma boca aberta com uma uvula vibrante, o tecido pendurado na parte de trás da boca, para sugerir um som alto vindo da figura da garganta 2., A elevada exposição ao ruído é perigosa para a audição, e é comum que os músicos tenham perdas auditivas suficientemente graves que interfiram com as capacidades dos músicos para actuar. A quantidade física relevante é a intensidade sonora, um conceito que é válido para todos os sons, quer estejam ou não na faixa sonora.a intensidade
é definida como a potência por unidade de área transportada por uma onda. A energia é a velocidade a que a energia é transferida pela onda. Na forma de equação, intensidade I é I= \ frac{P}{a}\\, ONDE P é a potência através de uma área A. A unidade SI para I é W/m2., A intensidade de uma onda sonora está relacionada à sua amplitude ao quadrado pela seguinte relação:
\displaystyle{I}=\frac{\left(\Delta{p}\right)^2}{2\rho{v}_{\text{w}}}\\.
aqui Δp é a variação de pressão ou amplitude de pressão (metade da diferença entre a pressão máxima e mínima na onda sonora) em unidades de pascais (Pa) ou N / m2. (Estamos usando um caso mais baixo p para pressão para distingui-lo da potência, denotado por P acima.,) A energia (como energia cinética \frac{mv^2}{2}\\\) de um elemento oscilante do ar devido a uma onda sonora itinerante é proporcional à sua amplitude ao quadrado. Nesta equação, ρ é a densidade do material em que o som viaja, em unidades de kg/m3, e a vw é a velocidade do som no meio, em unidades de m/s. A variação de pressão é proporcional à amplitude da oscilação, e então eu também varia (Δp)2 (Figura 2)., Esta relação é consistente com o fato de que a onda sonora é produzida por alguma vibração; quanto maior a sua amplitude de pressão, mais Ar é comprimido no som que cria.
Figura 2. Gráficos das pressões de gauge em duas ondas sonoras de intensidades diferentes. O som mais intenso é produzido por uma fonte que tem oscilações de amplitude maior e tem maiores máximos e mínimos de pressão. Como as pressões são maiores no som de maior intensidade, ele pode exercer forças maiores sobre os objetos que encontra.,os níveis de intensidade sonora são indicados em decibéis (dB) muito mais frequentemente do que as intensidades sonoras em watts por metro quadrado. Decibéis são a unidade de escolha na literatura científica, bem como na mídia popular. As razões para esta escolha de unidades estão relacionadas com a forma como percebemos os sons. Como nossos ouvidos percebem o som pode ser descrito com mais precisão pelo logaritmo da intensidade ao invés de diretamente à intensidade., A intensidade do som nível de β em decibéis do som ter uma intensidade I em watts por metro quadrado é definido para ser \beta\left(\text{dB}\right)=10\log_{10}\left(\frac{I}{I_0}\right)\\, onde I0 = 10-12 W/m2 é uma referência de intensidade. Em particular, I0 é a menor intensidade ou limiar do som que uma pessoa com audição normal pode perceber a uma frequência de 1000 Hz. O nível de intensidade sonora não é o mesmo que intensidade. Porque β é definido em termos de uma relação, é um unitless quantidade dizendo que o nível do som em relação a um padrão fixo (10-12 W/m2, neste caso)., As unidades de decibéis (dB) são utilizadas para indicar que esta razão é multiplicada por 10 na sua definição. O BEL, em que o decibel está baseado, é nomeado em homenagem a Alexander Graham Bell, o inventor do telefone.
| Tabela 1.,tory sirene, a 30 m; danos a partir de 8 h por dia de exposição | ||
|---|---|---|
| 110 | 1 × 10-1 | Dano de 30 minutos por dia de exposição |
| 120 | 1 | Alto concerto de rock, pneumático raspadora a 2 m; limiar de dor |
| 140 | 1 × 102 | avião a Jato a 30 m; dor intensa, danos em segundos |
| 160 | 1 × 104 | a Ruptura de tímpanos |
O nível de decibéis de um som de ter o limite de intensidade de 10-12 W/m2 é β = 0 dB, porque log101 = 0., Ou seja, o limiar da audição é 0 decibéis. A tabela 1 apresenta níveis em decibéis e intensidades em watts por metro quadrado para alguns sons familiares.
uma das coisas mais marcantes sobre as intensidades na Tabela 1 é que a intensidade em watts por metro quadrado é bastante pequena para a maioria dos sons. O ouvido é sensível a apenas um trilionésimo de um watt por metro quadrado-ainda mais impressionante quando você percebe que a área do tímpano é apenas cerca de 1 cm2, de modo que apenas 10-16 W cai sobre ele no limiar da audição!, As moléculas de ar em uma onda sonora desta intensidade vibram a uma distância de menos de um diâmetro molecular, e as pressões de gauge envolvidas são menos de 10-9 atm.
outra característica impressionante dos sons na Tabela 1 é a sua gama numérica. A intensidade sonora varia de um fator de 1012 a um som que causa danos em segundos. Você não está ciente deste tremendo alcance de intensidade sonora porque como seus ouvidos respondem pode ser descrito aproximadamente como o logaritmo de intensidade., Assim, os níveis de intensidade sonora em decibéis encaixam melhor a sua experiência do que as intensidades em watts por metro quadrado. A escala decibel também é mais fácil de se relacionar porque a maioria das pessoas estão mais acostumadas a lidar com números como 0, 53, ou 120 do que números como 1.00 × 10-11.
deve-se notar neste ponto que existe outra escala de decibéis em uso, chamada de nível de pressão sonora, com base na relação entre a amplitude da pressão e uma pressão de referência. Esta escala é usada particularmente em aplicações onde o som viaja na água., Está além do escopo da maioria dos textos introdutórios para tratar esta escala porque não é comumente usado para sons no ar, mas é importante notar que níveis muito diferentes decibéis podem ser encontrados quando os níveis de pressão sonora são citados. Por exemplo, a poluição sonora do oceano produzida pelos Navios pode atingir 200 dB, expressa no nível de pressão sonora, onde o nível de intensidade sonora mais familiar que usamos aqui seria algo abaixo de 140 dB para o mesmo som.
Take-Home Investigation: Feeling Sound
Find a CD player and a CD that has rock music., Coloque o jogador em uma mesa de luz, insira o CD no jogador, e comece a tocar o CD. Coloque a mão suavemente na mesa ao lado dos alto-falantes. Aumente o volume e observe o nível quando a mesa apenas começa a vibrar enquanto a música rock toca. Aumente a leitura no controle de volume até que duplique. O que aconteceu às vibrações?
Verifique a sua compreensão
Parte 1
descreva como a amplitude está relacionada com a intensidade do som.
solução
Amplitude é diretamente proporcional à experiência de intensidade., À medida que a amplitude aumenta, a intensidade aumenta.
Parte 2
identificar sons comuns nos níveis de 10 dB, 50 dB e 100 dB.
solução
10 dB: dedos a passar pelo cabelo.
50 dB: dentro de uma casa tranquila, sem televisão ou rádio.100 dB: descolagem de um avião a jacto.
Resumo da secção
questões conceptuais
- seis membros de uma equipa de natação sincronizada usam tampões auriculares para se protegerem contra a pressão da água a profundidades, mas ainda conseguem ouvir a música e executar as combinações na água perfeitamente., Um dia, eles foram convidados a sair da piscina para que a equipe de mergulho pudesse praticar alguns mergulhos, e eles tentaram praticar em um tapete, mas parecia ter muito mais dificuldade. Porquê?uma comunidade está preocupada com um plano para trazer o serviço de trem para o centro da cidade a partir dos arredores da cidade. O actual nível de intensidade sonora, apesar de o estaleiro ferroviário estar a quarteirões de distância, é de 70 dB no centro da cidade. O prefeito garante ao público que haverá uma diferença de apenas 30 dB de som no centro da cidade. As pessoas da cidade devem estar preocupadas? Por quê?,
problemas exercícios
- Qual é a intensidade em watts por metro ao quadrado de 85.0 dB?a etiqueta de aviso num cortador de relva indica que produz ruído a um nível de 91,0 dB. O que é isto em watts por metro quadrado?uma onda sonora que viaja no ar a 20ºC tem uma amplitude de pressão de 0,5 Pa. Qual é a intensidade da onda?a que nível de intensidade corresponde o som no problema anterior?
- que nível de intensidade sonora em dB é produzido por auscultadores que criam uma intensidade de 4.,00 × 10-2 W / m2?
- mostra que uma intensidade de 10-12 W/m2 é igual a 10-16 W/m2.
- (a) qual é o nível de decibel de um som que é duas vezes mais intenso que um som de 90,0 dB? b) Qual é o nível de decibel de um som que é um quinto tão intenso como um som de 90,0 dB?
- (a) qual é a intensidade de um som que tem um nível de 7,00 dB inferior a um som de 4,00 × 10-9 W/m2? b) Qual é a intensidade de um som que é 3,00 dB superior a um som de 4,00 × 10-9 W/m2?
- (a) Quanto mais intenso é um som que tem um nível 17.0 dB maior que outro? b) se um som tiver um nível 23.,0 dB inferior a outro, Qual é a relação entre as suas intensidades?
- as pessoas com boa audição podem perceber sons tão baixos em nível como -8,00 dB a uma frequência de 3000 Hz. Qual é a intensidade deste som em watts por metro quadrado?
- Se uma grande casa a 3.0 m de você faz um ruído de 40.0 dB, Qual é o nível de ruído de 1000 moscas a essa distância, assumindo que a interferência tem um efeito negligenciável?
- dez carros em um círculo em uma competição de Caixa rápida produzem um nível de intensidade sonora de 120 dB no centro do círculo., Qual é o nível médio de intensidade sonora produzido por cada estéreo, assumindo que os efeitos de interferência podem ser negligenciados?a amplitude de uma onda sonora é medida em função da sua pressão máxima. Por que fator a amplitude de uma onda sonora aumenta se o nível de intensidade sonora sobe em 40,0 dB?se um nível de intensidade sonora de 0 dB a 1000 Hz corresponder a uma pressão máxima (amplitude sonora) de 10-9 atm, qual é a pressão máxima num som de 60 dB? Qual é a pressão máxima num som de 120 dB?,uma exposição de 8 horas a um nível de intensidade sonora de 90,0 dB pode causar danos auditivos. Que energia em joules cai num tímpano de 0,800 cm de diâmetro tão exposto?a) trompetes Auriculares nunca foram muito comuns, mas ajudaram as pessoas com perdas auditivas reunindo o som sobre uma grande área e concentrando-o na área menor do tímpano. Que Aumento de decibéis produz um trompete auditivo se a sua área de reunião de som for de 900 cm2 e a área do tímpano for de 0,500 cm2, mas o trompete só tem uma eficiência de 5,00% na transmissão do som para o tímpano?, B) comentar a utilidade do aumento do decibel encontrado na alínea a).o som é mais efetivamente transmitido para um estetoscópio por contato direto do que através do ar, e é ainda mais intensificado por se concentrar na área menor do tímpano. É razoável supor que o som é transmitido para um estetoscópio 100 vezes mais efetivamente comparado com a transmissão através do ar. O que, então, é o ganho em decibéis produzidos por um estetoscópio que tem uma área de coleta de som de 15,0 cm2, e concentra o som em dois tímpanos com uma área total de 0.,900 cm2 com uma eficiência de 40,0%?Altifalantes podem produzir sons intensos com uma entrada de energia surpreendentemente pequena, apesar de suas baixas eficiências. Calcular a potência de entrada necessária para produzir um nível de intensidade sonora de 90,0 dB para um altifalante de 12,0 cm de diâmetro que tenha uma eficiência de 1,00%. (Este valor é o nível de intensidade sonora no alto-falante.,)
Glossário
intensidade: a potência por unidade de área, realizado por uma onda
intensidade do som nível: unitless quantidade dizendo que o nível do som em relação a um padrão fixo
nível de pressão de som: a relação da amplitude de pressão para uma pressão de referência
- Vários órgãos do governo relacionados com a saúde e associações profissionais recomendam que 85 dB não deve ser excedido para 8 horas diárias de exposições, na ausência de proteção auditiva. ↵
