Acústica

Guia de estudo · Revisado em 16/09/2026

BNCC · EM13CNT103

Para o socorrista dentro da ambulância a sirene é uma nota fixa; para quem está na calçada ela chega esticada para o agudo e vai embora arrastada no grave: o que muda no ar entre a sirene e o seu ouvido, e como essa mesma física decide se um som é agudo ou forte, a que distância está o paredão do eco, que nota uma corda ou um tubo pode tocar e por que 60 dB mais 60 dB não dão 120 dB?

O que você vai aprender

  • Classificar o som como onda mecânica longitudinal (compressões e rarefações de pressão em torno do equilíbrio), explicar por que não há som no vácuo e julgar itens que trocam a natureza ou a direção de vibração (PAS 2 2008/20).
  • Reconhecer que a velocidade do som é propriedade do meio (340 m/s no ar, 1 500 m/s na água, milhares de m/s em sólidos), que no ar cresce com a temperatura (v ∝ √T, v ≈ 331 + 0,6θ) e que, ao trocar de meio, a frequência fica e λ = v/f muda (2009/108, 2018/109–110).
  • Calcular comprimentos de onda com λ = v/f nos extremos da faixa audível (17 m e 17 mm) e em ultrassons de MHz (0,3 a 1,65 mm), com as unidades no lugar (tipo B 2017/35, 2021/50).
  • Distinguir as três qualidades fisiológicas do som (altura ↔ frequência, intensidade ↔ energia por área e amplitude, timbre ↔ forma da onda e harmônicos) e desmontar as trocas de etiqueta da banca ('ferir', 'força de cinquenta sopranos', 'sempre menores'): 2014/105, 2007/18, 2017/43, 2008/26.
  • Situar infrassom e ultrassom fora da faixa de 20 Hz a 20 kHz, explicar por que o ultrassom enxerga detalhes pequenos (ecografia, sonar, morcego) e calcular distâncias pelo tempo de eco (Δt = 2d/v), distinguindo eco de reverberação.
  • Aplicar I = P/4πr² a fontes pontuais: dobrar a distância divide a intensidade por quatro, e razões de distância viram razões de potência ao quadrado (2017/42, 2018/108, 2019/92).
  • Usar a escala de decibéis N = 10 log(I/I₀): 0 dB no limiar e 120 dB na dor (2015/82), +10 dB = ×10, +3 dB = ×2, −6 dB ao dobrar a distância, 60 dB + 60 dB = 63 dB, e o item tipo B de logaritmos (2015/83).
  • Determinar os modos de uma corda fixa nas duas extremidades (λₙ = 2L/n, fₙ = nv/2L) com v = √(F/μ), prevendo o efeito de encurtar a corda, aumentar a tração ou mudar a densidade linear (2016/48; violão de 0,65 m a 110 Hz).
  • Distinguir tubos abertos (λₙ = 2L/n, todos os harmônicos) de tubos fechados numa extremidade (λₙ = 4L/n, n ímpar, uma oitava abaixo, só harmônicos ímpares), usando a velocidade do som no ar (2008/25).
  • Explicar e calcular o efeito Doppler sonoro: aproximação é frequência maior e som mais agudo, f' = f (v ± vₒ)/(v ∓ v_f), fonte e observador com papéis distintos, eco em alvo móvel aplicando o efeito duas vezes (2019/93, 2016/49, 2010/23 e 25), e reconhecer que a velocidade do som e a frequência emitida não mudam.

Dentro da ambulância, o socorrista escuta a própria sirene como uma nota fixa, sempre igual, do começo ao fim do trajeto. Na calçada, a história é outra: a nota chega esticada para o agudo enquanto o veículo vem, despenca no instante em que ele cruza a sua frente e vai embora arrastada no grave. Nada mudou na sirene. O que mudou foi o espaçamento entre as compressões de ar no trecho entre ela e o seu ouvido, e é desse espaçamento, somado à rapidez com que o ar o transmite, que o cérebro extrai cada coisa que você chama de “som”: grave ou agudo, forte ou fraco, de que instrumento veio, a que distância está a parede que devolve o eco. A acústica é a física dessa cadeia: uma fonte que vibra, um meio que transmite e um ouvido (ou um microfone, ou um morcego) que recebe.

Esta página segue a cadeia na ordem. Primeiro o que o som é (ar empurrando ar, uma onda mecânica longitudinal que morre no vácuo) e a velocidade com que anda, que é do meio e cresce com a temperatura. Depois as três perguntas que o ouvido responde sem esforço e a prova adora trocar: qual nota (altura, frequência), quão forte (intensidade, energia por área) e quem toca (timbre, forma da onda). Em seguida a faixa audível e o que fica fora dela, o eco e a reverberação, a intensidade que cai com o quadrado da distância e a escala de decibéis, que é logarítmica porque o ouvido também é. Depois as duas máquinas de fazer notas, a corda presa nas pontas e o tubo com ar dentro, e por fim o efeito Doppler da sirene, com a regra qualitativa que decide quase todos os itens e a fórmula para os que pedem número. O que o som faz ao encontrar um obstáculo (reflexão, refração, difração, interferência, batimentos) é a página de fenômenos ondulatórios; o vocabulário geral de onda (λ\lambda, TT, ff, v=λfv = \lambda f) é a página de ondas, que convém ter lido antes.

O som é o ar empurrando o ar

Ponha a mão na frente de uma caixa de som tocando grave e você sente o ar bater. A membrana do alto-falante avança e comprime a camada de ar encostada nela; essa camada, mais densa e com pressão um pouco maior, empurra a vizinha, que empurra a seguinte. A membrana recua e deixa atrás de si uma camada rarefeita, de pressão um pouco menor, que a vizinha corre para preencher. Compressão e rarefação viajam pela sala; cada porção de ar só vai e volta uns micrômetros em torno do lugar onde estava. É o mesmo roteiro da folha no lago e da ola no estádio da página de ondas: a perturbação viaja, o meio fica.

Som: onda mecânica longitudinal

O som é uma onda mecânica (precisa de um meio material: ar, água, aço, osso) e longitudinal (as partículas do meio oscilam na mesma direção em que a onda se propaga, formando compressões e rarefações). Sem meio não há som: no vácuo, a membrana do alto-falante se move e nada a acompanha. O que viaja é uma variação de pressão em torno da pressão de equilíbrio: positiva nas compressões, negativa nas rarefações. Uma curva de pressão acústica pode cruzar zero porque representa essa variação, não a pressão absoluta, que nunca é negativa. Nos gases e líquidos o som é só longitudinal; nos sólidos, que resistem também a deformações de cisalhamento, existem ondas transversais além das longitudinais (é o par de ondas P e S dos terremotos).

As variações de pressão de um som comum são minúsculas. A pressão atmosférica é de cerca de 100 000 Pa; uma conversa a um metro de distância oscila essa pressão em uns 0,02 Pa, uma parte em cinco milhões; o limiar da dor fica perto de 20 Pa. O tímpano mede essas oscilações e o cérebro as traduz em nota, volume e timbre. É por isso que a frase “o ar sai do alto-falante e viaja até o ouvido a 340 m/s” está errada duas vezes: o ar não viaja (oscila no lugar) e, se viajasse a essa velocidade, seria um furacão, não uma música.

"O som se propaga no vácuo" e outras etiquetas trocadas

Filme de guerra espacial com explosão barulhenta é ficção: sem ar, nada chega ao ouvido. A banca planta a etiqueta errada com frequência: “som é onda eletromagnética”, “som é transversal”, “a luz precisa de meio, o som não”. Ordem para julgar: natureza (mecânica: som; eletromagnética: luz), direção de vibração (longitudinal: som em fluidos; transversal: luz, corda), meio (som exige; luz dispensa). Em 2008 a 2.ª etapa perguntou, sobre a Revolução Industrial, se ela “transformou a paisagem sonora, incorporando ao ambiente ondas mecânicas nunca antes percebidas”: a fábrica apitando e o trem passando acrescentaram à paisagem sons que não existiam, e som é onda mecânica: gabarito C. Um texto de 2017 (revista Capitolina) definiu o som para a banca como “uma onda longitudinal que só se propaga em meios materiais e que tem frequência na faixa entre 20 Hz e 20.000 Hz” e sustentou o único item tipo B de acústica da 2.ª etapa (o comprimento de onda de 20 kHz, na seção seguinte). Os outros dois itens de acústica daquele caderno, sobre intensidade e timbre, estavam pendurados em outro texto, um fragmento de Anton Schindler sobre a Sinfonia em dó menor de Beethoven.

A velocidade é do meio, e no ar depende da temperatura

Quanto tempo a compressão leva para atravessar a sala depende de duas propriedades do meio: a rapidez com que ele devolve a pressão (elasticidade) e a resistência da sua massa a ser acelerada (densidade). Meios mais rígidos transmitem mais depressa; meios mais densos, mais devagar, mas nos sólidos e líquidos a rigidez ganha de longe, e o som anda neles muito mais depressa do que no ar. O valor de referência da prova é 340 m/s no ar; cerca de 1 500 m/s na água; de 3 000 a 6 000 m/s em metais e rochas. O trem que ainda não se vê já se ouve com o ouvido no trilho, porque o aço leva o som quinze vezes mais depressa que o ar.

Velocidade do som: quem manda é o meio

No mesmo meio, à mesma temperatura, todo som anda à mesma velocidade, seja grave ou agudo, forte ou fraco: a velocidade é propriedade do meio, não da nota. No ar, a velocidade cresce com a temperatura absoluta,

v∝T,v \propto \sqrt{T},

e uma regra prática cobre o dia a dia: v≈331+0,6 θv \approx 331 + 0{,}6\,\theta (m/s), com θ\theta em graus Celsius. A 0 °C, 331 m/s; a 15 °C, 340 m/s; a 30 °C, 349 m/s. Ar mais quente é ar mais ágil. Valores de referência: ar 340 m/s; água 1 500 m/s; mármore cerca de 1 650 a 4 000 m/s conforme a peça; aço 5 000 m/s. Quando o enunciado dá a velocidade, use a do enunciado.

A dependência com a temperatura tem consequências que viram item. Ao anoitecer, o ar junto ao solo esfria antes do ar de cima; o som que sobe encontra camadas mais quentes e rápidas e é curvado de volta para o chão, e é por isso que à noite se ouve mais longe. A banca cobrou o mesmo raciocínio pelo lado da atmosfera: em 2009, sobre um texto com o perfil de temperatura da atmosfera em função da altura, o item afirmava que, “admitindo-se que a velocidade do som no ar é função apenas da raiz quadrada da temperatura absoluta, é correto inferir-se que a velocidade do som na atmosfera terrestre é constante para 5 km ≤ H ≤ 12 km”. O gráfico do texto mostrava a temperatura variando nessa faixa; se vv depende de TT e TT varia, vv varia. Gabarito E.

Em 2018 a mesma ideia veio com fórmula. O texto sobre termometria acústica (medir temperatura pela velocidade do som) dava v=327,6T/273v = 327{,}6\sqrt{T/273} e pendurou três itens. Um deles pedia para reconhecer que, medindo frequência e comprimento de onda, a temperatura sai de T=λ2f2/393,12T = \lambda^2 f^2/393{,}12: basta substituir v=λfv = \lambda f, elevar ao quadrado e notar que 327,62/273=393,12327{,}6^2/273 = 393{,}12. Certo. Outro afirmava que “a frequência da onda sonora diminui quando ela passa de um meio para outro com menor temperatura”: a frequência pertence à fonte e sobrevive à troca de meio; quem diminui no ar mais frio é a velocidade, e o comprimento de onda a acompanha para baixo. Errado. O terceiro, sobre intensidade, fica para a seção do quadrado da distância.

λ = v/f: a conta de uma linha que a banca repete

Com a velocidade fixada pelo meio, a frequência da fonte decide o comprimento de onda: λ=v/f\lambda = v/f. No ar a 340 m/s, um grave de 20 Hz tem λ=17\lambda = 17 m (maior que a sala) e um agudo de 20 kHz tem λ=17\lambda = 17 mm. Foi exatamente esse o único item tipo B de acústica da história da 2.ª etapa (2017): “Considerando a velocidade do som no ar igual a 340 m/s, calcule, em mm, o comprimento de onda do som de maior frequência mencionado no texto”, o texto dizia 20.000 Hz, e a marcação era 017, com o zero à esquerda obrigatório. Em 2021, o ultrassom de 1 MHz no mármore de Bernini (1 650 m/s) deu λ=1,65\lambda = 1{,}65 mm, e o item que afirmava “superior a 2 mm” era E. Escreva as unidades antes de dividir: MHz é 10610^6 Hz, e 0,017 m são 17 mm, não 1,7.

Três perguntas que o ouvido responde: qual nota, quão forte, quem toca

Numa sala de ensaio, de olhos fechados, você distingue o trompete do violoncelo quando os dois sustentam a mesma nota com a mesma força. O violoncelo passa a uma nota mais aguda e volta a uma mais grave; o trompete toca em surdina e em seguida com tudo. O ouvido separa essas três mudanças sem pensar, e cada uma delas mexe numa grandeza diferente da onda. Misturá-las é o tropeço de estreante que a banca mais aproveita: dizer que um som forte é “alto”, ou supor que todo som agudo é também intenso.

Altura, intensidade e timbre

Altura é a qualidade que distingue grave de agudo, e corresponde à frequência: som agudo tem frequência alta, som grave tem frequência baixa. O lá de referência do diapasão tem 440 Hz; a corda mais grave de um violão, 82 Hz; uma soprano chega perto de 1 000 Hz. Intensidade (o que na linguagem comum se chama “volume” ou “som alto”) é a energia que atravessa uma unidade de área por segundo, em W/m², e cresce com o quadrado da amplitude da onda; a percepção correspondente chama-se sonoridade. Timbre é a forma da onda: uma nota real não é uma senoide pura, é a soma de uma frequência fundamental com múltiplos dela (os harmônicos), e a receita de quanto entra de cada harmônico, junto com a maneira como o som começa e termina, é o que faz o trompete e o violoncelo soarem diferentes mesmo na mesma nota e com a mesma força.

A prova testa as três qualidades pela troca de etiquetas em textos de outras áreas. Em 2014, sobre o verso de Noel Rosa “Quando o apito da fábrica de tecidos vem ferir os meus ouvidos”, o item dizia que o verbo “ferir” estava “associado à velocidade e ao timbre das ondas sonoras”: o que fere é a intensidade; a velocidade pertence ao meio, e o timbre apenas identifica a fonte. Errado. No caderno de 2007, a crônica sobre a primeira locomotiva de Mauá falava de “um sibilo de força de cinqüenta sopranos”, e o item traduziu a expressão como “assobio extremamente agudo cuja freqüência é 50 vezes superior à da voz de uma única soprano”: “força” aponta para intensidade, o equivalente a cinquenta vozes somadas; uma frequência cinquenta vezes maior daria uns 50 kHz, fora do alcance de qualquer ouvido humano. Errado. Em 2017, “um ouvinte será capaz de distinguir um instrumento de cordas de outro de sopro que emitam, simultaneamente e com a mesma intensidade, uma mesma nota musical porque os sons que eles produzem apresentam timbres diferentes”: timbre, por definição. Certo. E o texto de 2016 sobre o violão explicou o timbre com as palavras da banca: “o ouvido humano é capaz de distinguir dois sons de mesma frequência e intensidade, desde que as formas das ondas sonoras correspondentes a esses sons sejam diferentes”.

Um cuidado com “sempre”. Em 2008, sobre uma figura com as tessituras (faixas de frequência) das famílias do violino e do saxofone desenhadas sobre um teclado de piano, o item dizia que “os comprimentos de onda do som emitido pelo violino são sempre menores que os comprimentos de onda do som emitido pelo contra-baixo”. O violino é mais agudo em geral, logo seus comprimentos de onda são em geral menores; mas as faixas dos dois instrumentos se sobrepõem na figura, e uma nota grave do violino pode coincidir com uma nota aguda do contrabaixo. “Sempre” derruba o item: E.

Alto não é forte

Na física, alto é agudo e baixo é grave; forte e fraco falam de intensidade. Um apito de árbitro é agudo e pode ser fraco; um trovão é grave e pode ser ensurdecedor. Quando o item disser “aumentou o som”, pergunte: aumentou a frequência (nota mais aguda) ou a intensidade (mais energia por área)? São botões diferentes: o dedo na casa do violão mexe na altura; a força da palhetada mexe na intensidade; a caixa do instrumento mexe no timbre.

O que o ouvido não ouve: infrassom, ultrassom e o eco

O ouvido humano de referência opera entre 20 Hz e 20 kHz, e a faixa encolhe com a idade e com a exposição a ruído: adultos raramente ouvem acima de 16 kHz. Abaixo de 20 Hz está o infrassom (o ronco de um terremoto, o vento em torno de um prédio, a comunicação de elefantes e baleias a quilômetros de distância); acima de 20 kHz está o ultrassom (o apito de cachorro, a ecolocalização dos morcegos, o sonar, a ecografia). As duas categorias falam de frequência, não de intensidade: um ultrassom não fica audível por ser mais intenso, e um infrassom forte é sentido no corpo, não ouvido.

O ultrassom é útil justamente porque o comprimento de onda é pequeno. Uma onda só “enxerga” detalhes maiores que o próprio λ\lambda; o resto ela contorna, como a página de fenômenos explica na difração. Um transdutor de ecografia a 5 MHz, nos tecidos moles do corpo (cerca de 1 500 m/s), produz λ=1 500/(5×106)=0,3\lambda = 1\,500/(5 \times 10^6) = 0{,}3 mm, o suficiente para desenhar o contorno de um feto ou de uma válvula do coração. O morcego emite entre 20 e 100 kHz pela mesma razão: uma mariposa de 3 cm é enorme para uma onda de 1 cm e invisível para um grave de 17 m. A banca usou o morcego-fantasma do Pantanal em 2010, com o animal detectando um rato e uma mariposa por ultrassom e um bloco de itens pendurado na cena; a parte de Doppler desse bloco está na última seção.

Eco: o tempo é de ida e volta

Um pulso emitido em direção a um refletor a distância dd percorre 2d2d até voltar ao ponto de partida. O atraso do eco é

Δt=2dv,d=v Δt2.\Delta t = \frac{2d}{v}, \qquad d = \frac{v\,\Delta t}{2}.

Um paredão a 17 m devolve o eco depois de 34/340=0,1034/340 = 0{,}10 s. Um sonar na água (1 500 m/s) que recebe o retorno em 0,40 s está a 1 500×0,40/2=3001\,500 \times 0{,}40/2 = 300 m do fundo. Dividir só dd por vv esquece a volta e dá a metade do tempo certo; dividir vΔtv\Delta t sem o 2 dá o dobro da distância. Se emissor e receptor estão em lugares diferentes, o caminho é a soma dos dois trechos, não 2d2d.

O ouvido só separa dois sons como eventos distintos se chegarem com pelo menos cerca de 0,1 s de intervalo. Por isso só há eco nítido quando o refletor está a mais de uns 17 m: mais perto, o som refletido chega antes de o direto “terminar” e os dois se fundem num único som prolongado, a reverberação. Numa igreja de pedra, com paredes lisas e altas, centenas de reflexões se sobrepõem e uma palavra continua soando por dois ou três segundos depois de dita; num estúdio forrado de espuma, o som morre em décimos de segundo. Tratar a acústica de uma sala é escolher o tempo de reverberação: longo para órgão e coral, curto para fala e gravação. E reverberação não é isolamento: cortinas e espuma controlam as reflexões dentro da sala, mas quase não impedem o som de atravessar a parede para o vizinho, que exige massa e ar aprisionado.

A intensidade cai com o quadrado da distância

Pense numa caixa de som de 50 W acústicos montada num poste, no meio de um campo aberto, irradiando igualmente para todos os lados. Toda a potência que sai dela tem de atravessar, a cada instante, uma casca esférica centrada na caixa. A 5 m, essa casca tem área 4π×25≈3144\pi \times 25 \approx 314 m²; a 10 m, 4π×100≈1 2574\pi \times 100 \approx 1\,257 m². Os mesmos 50 W passaram a se repartir por uma superfície quatro vezes maior, e cada metro quadrado ficou com um quarto do que recebia. A caixa não emite menos quando você se afasta: o que cresce é a área que divide o mesmo fluxo de energia.

Intensidade de uma fonte pontual

Se uma fonte pequena irradia potência PP igualmente em todas as direções, sem absorção, a intensidade à distância rr é

I=P4πr2(W/m2).I = \frac{P}{4\pi r^2} \quad (\text{W/m}^2).

Dobrar a distância divide a intensidade por quatro; triplicar divide por nove; aproximar-se até a metade multiplica por quatro. Para duas fontes que produzem a mesma intensidade num ponto, a razão das potências é o quadrado da razão das distâncias: PB/PA=(rB/rA)2P_B/P_A = (r_B/r_A)^2. Vale para emissão esférica em espaço aberto; junto de paredes refletoras, dentro de um tubo ou com caixas direcionais a aproximação falha, e a prova avisa quando quer que você a use (“fonte pontual”, “onda esférica”).

A banca plantou o erro nesse quadrado três vezes em três anos, sempre trocando “quatro” por “dois”. Em 2017: “caso uma pessoa que esteja ouvindo um instrumento musical se desloque para o ponto médio da distância entre o instrumento e a sua posição inicial, o som do instrumento chegará aos seus ouvidos com o dobro da intensidade sonora”. Reduzir rr à metade reduz r2r^2 a um quarto, e a intensidade fica quatro vezes maior, não duas. Errado. Em 2018, no bloco da termometria acústica: “se uma onda esférica tiver intensidade II a uma distância dd da fonte, então, a uma distância 2d2d da fonte, a intensidade dessa onda será I/2I/2”. É I/4I/4. Errado. Em 2019, o soldado no ponto C a 24 m da fonte A (as hélices do helicóptero, 415 Hz) e a 30 m da fonte B (a sirene, 435 Hz): “se as fontes A e B, consideradas pontuais, produzem uma mesma intensidade sonora no ponto C, então a energia sonora dissipada pela fonte B é 5/4 da energia da fonte A”. Intensidades iguais dão PA/242=PB/302P_A/24^2 = P_B/30^2, logo PB/PA=(30/24)2=(5/4)2=25/16P_B/P_A = (30/24)^2 = (5/4)^2 = 25/16. A razão das distâncias entra ao quadrado; 5/4 é a razão sem o quadrado. Errado.

O quadrado não é opcional

Sempre que um item disser “dobro”, “metade”, “5/4” perto de uma distância e de uma intensidade, procure o quadrado. A conta segura é escrever a igualdade das intensidades com P/4πr2P/4\pi r^2 dos dois lados e isolar o que se pede; o 4π4\pi cancela e sobra a razão das distâncias ao quadrado. Três itens (2017/42, 2018/108, 2019/92), três gabaritos E, o mesmo erro.

Decibéis: uma escala logarítmica para um ouvido logarítmico

A intensidade do som mais fraco que um ouvido jovem percebe, a 1 000 Hz, é de cerca de 10−1210^{-12} W/m²; a do som que começa a doer, cerca de 1 W/m². São doze ordens de grandeza, um trilhão de vezes. Nenhuma escala linear acomoda isso com números legíveis, e o ouvido também não trabalha assim: ele percebe razões de intensidade, não diferenças. Dobrar a intensidade soa como “um pouco mais forte” tanto num sussurro quanto num show. Daí a escala de decibéis: cada acréscimo de 10 dB significa multiplicar a intensidade por 10.

Nível sonoro em decibéis

N=10log⁡10 ⁣(II0),I0=10−12 W/m2.N = 10 \log_{10}\!\left(\frac{I}{I_0}\right), \qquad I_0 = 10^{-12}\ \text{W/m}^2.

O argumento do logaritmo é uma razão sem unidade. A referência I0I_0 é o limiar de audibilidade (0 dB, que não é ausência de som: é o som mais fraco audível); I=1I = 1 W/m² dá N=10log⁡1012=120N = 10\log 10^{12} = 120 dB, o limiar da dor. Leitura da escala: +10 dB = ×10 na intensidade; +20 dB = ×100; +3 dB ≈ ×2 (porque log⁡2=0,30\log 2 = 0{,}30); +6 dB ≈ ×4. Uma diferença de níveis é ΔN=10log⁡(I2/I1)\Delta N = 10\log(I_2/I_1), e só depende da razão das intensidades. Para converter no sentido inverso: I=I0×10N/10I = I_0 \times 10^{N/10}; 80 dB são 10−12×108=10−410^{-12} \times 10^8 = 10^{-4} W/m².

A caixa do poste fecha o raciocínio. A 5 m, I=50/(4π×25)≈0,16I = 50/(4\pi \times 25) \approx 0{,}16 W/m², e o nível é N=10log⁡(0,16/10−12)=10×(log⁡0,16+12)N = 10\log(0{,}16/10^{-12}) = 10 \times (\log 0{,}16 + 12); como log⁡0,16=4log⁡2−2≈−0,80\log 0{,}16 = 4\log 2 - 2 \approx -0{,}80, sai N≈10×11,2=112N \approx 10 \times 11{,}2 = 112 dB, a faixa em que um show começa a machucar. A 10 m, a intensidade já é 0,04 W/m², a quarta parte, mas o nível desce apenas seis unidades, para 106 dB: um fator 4 na intensidade vale 10log⁡4≈610\log 4 \approx 6 dB, e nada mais. Para derrubar 10 dB é preciso dividir a intensidade por dez, o que exige multiplicar a distância por 10≈3,2\sqrt{10} \approx 3{,}2. Uma escada de referências ajuda a situar os números: 0 dB limiar; 20 dB folhas ao vento; 40 dB biblioteca; 60 dB conversa a um metro; 80 dB trânsito pesado; 100 dB britadeira ou show perto do palco; 120 dB dor.

A banca cobrou a definição ao pé da letra em 2015. O texto dizia que “uma onda sonora de intensidade II W/m² tem 10log⁡(I/10−12)10\log(I/10^{-12}) dB”, e o item 82 afirmava que “a intensidade sonora do limiar de audibilidade corresponde a uma onda de 0 dB e a do limiar da dor, a uma onda de 120 dB”: 10log⁡1=010\log 1 = 0 e 10log⁡1012=12010\log 10^{12} = 120. Certo. O item 83, tipo B do mesmo texto, pedia quantos decibéis um amplificador acrescenta ao multiplicar a intensidade por 72×10972 \times 10^9, dados log⁡2=0,301\log 2 = 0{,}301 e log⁡3=0,477\log 3 = 0{,}477: 72=8×9=23×3272 = 8 \times 9 = 2^3 \times 3^2, logo log⁡(72×109)=3×0,301+2×0,477+9=10,857\log(72 \times 10^9) = 3 \times 0{,}301 + 2 \times 0{,}477 + 9 = 10{,}857, e ΔN=108,57\Delta N = 108{,}57 dB, marcação 108. É um item de logaritmos vestido de acústica, e a propriedade que resolve é a do produto: log de produto é soma de logs.

Decibéis não se somam como intensidades

Duas caixas de som que, sozinhas, produzem 60 dB cada uma no mesmo ponto não produzem 120 dB juntas. Cada uma produz 10−610^{-6} W/m²; as duas juntas, 2×10−62 \times 10^{-6} W/m²; o nível é 10log⁡(2×106)=60+3=6310\log(2 \times 10^6) = 60 + 3 = 63 dB. Dez caixas iguais dão 70 dB; cem, 80 dB. O que se soma é a intensidade (energia por área); o decibel, sendo um logaritmo, transforma a multiplicação em adição. Outro tropeço: 0 dB não é silêncio, é o limiar; e um nível pode ser negativo (som mais fraco que o limiar, inaudível mas existente). E não confunda o nível de intensidade com o nível de pressão sonora, 20log⁡(p/p0)20\log(p/p_0): o fator 20 aparece porque a intensidade é proporcional ao quadrado da amplitude de pressão, e as duas escalas coincidem para uma onda progressiva no mesmo meio.

A corda presa nas pontas só toca as notas que cabem nela

Aperte uma corda de violão nas duas pontas e pulse. Ela não vibra de qualquer jeito: os extremos estão presos e não podem se mover, e a única coisa que uma corda presa nas pontas faz é vibrar em padrões que têm nós (pontos parados) nas duas extremidades. O padrão mais simples é um fuso só, a corda inteira subindo e descendo; depois dois fusos com um nó no meio; depois três. Cada padrão é uma onda estacionária, e o mecanismo geral (duas ondas iguais em sentidos opostos que se somam) está na página de fenômenos ondulatórios. Aqui interessa o resultado musical: cada padrão é uma nota, e as notas são múltiplos inteiros da primeira.

Modos de uma corda fixa nas duas extremidades

Numa corda de comprimento LL com as duas pontas presas só cabem números inteiros de meios comprimentos de onda:

λn=2Ln,fn=n v2L,n=1,2,3,…\lambda_n = \frac{2L}{n}, \qquad f_n = \frac{n\,v}{2L}, \qquad n = 1, 2, 3, \ldots

n=1n = 1 é o fundamental (λ1=2L\lambda_1 = 2L, a nota que se ouve como “a” nota da corda); n=2n = 2 é o segundo harmônico (λ2=L\lambda_2 = L, uma oitava acima, frequência dobrada); n=3n = 3 o terceiro, e assim por diante. Todos os harmônicos, pares e ímpares, estão presentes. A velocidade vv da onda na corda é dada pela fórmula de Taylor, v=F/μv = \sqrt{F/\mu}: cresce com a tração FF e cai com a densidade linear μ\mu (massa por metro). Logo a frequência fundamental

f1=12LFμf_1 = \frac{1}{2L}\sqrt{\frac{F}{\mu}}

sobe quando a corda encurta, quando a tração aumenta e quando a corda é mais fina. Quadruplicar a tração dobra a frequência; reduzir LL à metade também.

Um violão real, e o jeito como se afina de ouvido. A corda mais grossa, o mi grave, tem L=0,65L = 0{,}65 m entre o cavalete e a pestana e soa em 82 Hz quando solta. O fundamental tem λ1=2L=1,3\lambda_1 = 2L = 1{,}3 m, de modo que a onda percorre a corda a v=λ1f1=1,3×82≈107v = \lambda_1 f_1 = 1{,}3 \times 82 \approx 107 m/s; esse número é da corda, não do ar, onde o mesmo som de 82 Hz tem λ=340/82≈4,1\lambda = 340/82 \approx 4{,}1 m. Agora prenda a corda na quinta casa. O trecho que vibra encurta para cerca de 0,49 m (λ1≈0,97\lambda_1 \approx 0{,}97 m) e, como vv não mudou, f1≈107/0,97≈110f_1 \approx 107/0{,}97 \approx 110 Hz: o lá, exatamente a nota da corda vizinha solta. É por isso que o violonista afina comparando a quinta casa de uma corda com a seguinte, e a casa doze, no meio exato do comprimento, devolve a oitava, 164 Hz. A tração que mantém essa corda a 107 m/s, se ela tem uns 6 g por metro (μ=0,006\mu = 0{,}006 kg/m), é F=μv2=0,006×1072≈70F = \mu v^2 = 0{,}006 \times 107^2 \approx 70 N, o peso de 7 kg; as seis cordas juntas puxam o cavalete com perto de 40 kgf, e é por isso que um violão desmonta quando a tampa cede. E por que as cordas graves são mais grossas: para a mesma tração e o mesmo comprimento, só uma densidade linear maior baixa a frequência; se a corda mi grave fosse tão fina quanto a mi aguda, precisaria de uma tração dezesseis vezes menor para soar duas oitavas abaixo (duas oitavas são frequência quatro vezes menor, e f∝Ff \propto \sqrt{F}) e ficaria frouxa demais para tocar.

Um item resolvido, no formato tipo B do PAS: corda de violão de 60 cm, ondas a 360 m/s; calcule a frequência do fundamental e divida por 10. Converta antes: L=0,60L = 0{,}60 m, λ1=1,2\lambda_1 = 1{,}2 m, f1=360/1,2=300f_1 = 360/1{,}2 = 300 Hz, marcação 300/10=300/10 = 030, com o zero à esquerda. O segundo harmônico dessa corda soa em 600 Hz e o terceiro em 900 Hz: λ2=0,6\lambda_2 = 0{,}6 m e λ3=0,4\lambda_3 = 0{,}4 m, os comprimentos de onda caem como 1/n1/n enquanto as frequências sobem como nn.

Afinar é mexer em v; trastear é mexer em L

Duas alavancas produzem uma nota mais aguda no violão. A tarraxa aumenta a tração: vv sobe, e com λ1=2L\lambda_1 = 2L fixo a frequência sobe. O dedo na casa encurta o trecho que vibra: λ1\lambda_1 cai, e com vv fixa a frequência sobe. Foi este o par de itens de 2016. O primeiro (“para aumentar a frequência do som emitido por uma corda de violão, deve-se aumentar a tensão na corda, apertando-se a tarraxa”) foi anulado pela banca; o segundo (“mantendo-se constante a força de tração de uma corda de violão, a frequência do som produzido diminuirá se o tamanho da corda a ser tangida diminuir”) é E: corda mais curta, frequência maior. Um terceiro cuidado: a nota que o ouvinte recebe tem a frequência da corda, mas o comprimento de onda no ar é outro, porque a velocidade no ar é outra. A frequência atravessa o acoplamento corda-ar; o λ\lambda, não.

Tubos sonoros: o ar preso também escolhe as notas

Assopre a boca de uma garrafa vazia e ela responde numa nota; ponha água dentro, encurtando a coluna de ar, e a nota sobe. A coluna de ar dentro de um tubo é a corda dos instrumentos de sopro: a flauta, o órgão, o trompete, a voz humana (a laringe é a fonte, o trato vocal é o tubo). A diferença em relação à corda está nas pontas. Numa extremidade aberta, o ar está em contato com a atmosfera e a pressão não pode se afastar da pressão ambiente: ali há um nó de pressão, e as partículas oscilam com amplitude máxima (ventre de deslocamento). Numa extremidade fechada, o ar não pode se mover: nó de deslocamento e ventre de pressão. As duas descrições (pressão e deslocamento) são complementares; a prova costuma desenhar o deslocamento.

Tubo aberto e tubo fechado

Tubo aberto nas duas pontas (flauta, órgão de tubos abertos): ventres de deslocamento nas duas bordas; cabem múltiplos inteiros de meios comprimentos de onda, como na corda:

λn=2Ln,fn=n v2L,n=1,2,3,…(todos os harmoˆnicos).\lambda_n = \frac{2L}{n}, \qquad f_n = \frac{n\,v}{2L}, \qquad n = 1, 2, 3, \ldots \quad (\text{todos os harmônicos}).

Tubo fechado numa ponta e aberto na outra (garrafa, clarinete, tubo de órgão fechado): nó numa borda e ventre na outra; só cabem números ímpares de quartos de comprimento de onda:

λn=4Ln,fn=n v4L,n=1,3,5,…(soˊ harmoˆnicos ıˊmpares).\lambda_n = \frac{4L}{n}, \qquad f_n = \frac{n\,v}{4L}, \qquad n = 1, 3, 5, \ldots \quad (\text{só harmônicos ímpares}).

Aqui vv é a velocidade do som no ar (340 m/s), não uma velocidade de corda. Para o mesmo comprimento, o tubo fechado soa uma oitava abaixo do aberto (f1=v/4Lf_1 = v/4L contra v/2Lv/2L) e pula os harmônicos pares.

Um tubo de L=0,85L = 0{,}85 m com o som a 340 m/s. Aberto nas duas pontas: f1=340/(2×0,85)=200f_1 = 340/(2 \times 0{,}85) = 200 Hz, depois 400, 600, 800 Hz. Fechado numa ponta: f1=340/(4×0,85)=100f_1 = 340/(4 \times 0{,}85) = 100 Hz, depois 300, 500, 700 Hz. Repare que o segundo modo permitido do tubo fechado (300 Hz) é o terceiro harmônico do fundamental, não o segundo: não existe 200 Hz nesse tubo. É esse pulo que dá ao clarinete o timbre “oco” e à garrafa a nota grave desproporcional ao tamanho. Na prática a fronteira acústica fica um pouco além da borda geométrica e o comprimento efetivo é LL mais uma fração do diâmetro (a correção de extremidade); a prova ignora essa correção, e você também deve ignorá-la a menos que o enunciado a mencione.

A banca cobrou a fórmula do tubo fechado em 2008, com uma figura que mostrava exatamente os quatro primeiros modos (n=1,3,5,7n = 1, 3, 5, 7) e os comprimentos de onda 4L4L, 4L/34L/3, 4L/54L/5, 4L/74L/7: “em geral, as freqüências ressonantes para os instrumentos baseados em tubos ressonantes e com um lado aberto correspondem a comprimentos de ondas dados pela expressão λ=4L/n\lambda = 4L/n, na qual LL é o comprimento do tubo e nn é um número inteiro ímpar”. É a definição, com o “ímpar” no lugar certo: C. O mesmo bloco trazia a figura das tessituras dos instrumentos e o item do violino contra o contrabaixo da seção das qualidades.

"Tubo fechado, segundo harmônico"

Um tubo fechado numa extremidade não tem segundo harmônico, nem quarto, nem nenhum par. A sequência de frequências é f1,3f1,5f1,…f_1, 3f_1, 5f_1, \ldots; o “próximo modo” depois do fundamental é o triplo, não o dobro. Se um item disser que “o segundo harmônico de um tubo fechado tem o dobro da frequência do fundamental”, está errado duas vezes. E não troque a velocidade: na corda é v=F/μv = \sqrt{F/\mu}, da própria corda; no tubo é a do som no ar.

Efeito Doppler: a frequência que o movimento fabrica

A sirene da abertura se explica agora. Suponha que ela lance no ar 800 compressões por segundo, sempre no mesmo ritmo. Com o veículo vindo na sua direção, cada compressão nasce num ponto um pouco mais próximo de você do que a anterior nasceu, e a distância entre elas, no ar, encolhe: chegam ao ouvido mais compressões por segundo do que a sirene produz, e você ouve agudo. Passado o cruzamento, cada compressão nasce um pouco mais longe, a distância entre elas se alarga, chegam menos por segundo, e você ouve grave. O socorrista viaja junto com a fonte, não ganha nem perde frentes, e recebe os mesmos 800 por segundo do começo ao fim. Esse é o efeito Doppler: a frequência que se percebe depende do movimento relativo entre fonte e ouvinte; a frequência que a fonte emite não se altera em nenhum momento.

Efeito Doppler: a regra e a fórmula

Regra qualitativa (decide quase todos os itens): quando a distância entre fonte e ouvinte está diminuindo, a frequência percebida sobe e o som fica mais agudo; quando está aumentando, a frequência percebida cai e o som fica mais grave. Tanto faz quem se move: a fonte, o ouvinte ou os dois.

Fórmula (fonte e observador na mesma reta, velocidades menores que a do som, ar parado), onde vv é a velocidade do som no ar, vfv_f a da fonte e vov_o a velocidade do ouvinte, que entra no numerador:

f′=v±vov∓vf  f.f' = \frac{v \pm v_o}{v \mp v_f}\; f.

Sinais de cima para aproximação (observador indo para a fonte no numerador, fonte indo para o observador no denominador); sinais de baixo para afastamento. Leitura: a fração cresce quando alguém se aproxima e encolhe quando alguém se afasta. Fonte e observador não são intercambiáveis: a fonte móvel muda o espaçamento das frentes no ar; o observador móvel muda a taxa com que as encontra. Num eco em alvo móvel, o deslocamento acontece duas vezes: o alvo escuta uma frequência já deslocada e, ao refletir, funciona como fonte em movimento, deslocando-a outra vez.

Números da rua. Sirene de 800 Hz, ambulância a 25 m/s (90 km/h), você parado na calçada, som a 340 m/s. Enquanto ela vem: f′=800×340/(340−25)=800×340/315≈863f' = 800 \times 340/(340 - 25) = 800 \times 340/315 \approx 863 Hz. Depois que passa: f′=800×340/(340+25)=800×340/365≈745f' = 800 \times 340/(340 + 25) = 800 \times 340/365 \approx 745 Hz. Entre um e outro, a nota despenca 118 Hz, mais de um tom inteiro, o deslize que todo mundo reconhece. Os dois desvios não são espelhados: subiu 63 Hz na chegada e caiu 55 Hz na partida, porque vfv_f mexe no denominador, e subtrair ali pesa mais do que somar. Agora inverta os papéis: sirene parada no poste, você correndo para ela a 25 m/s. f′=800×(340+25)/340≈859f' = 800 \times (340 + 25)/340 \approx 859 Hz. Não dá 863: ouvinte em movimento e fonte em movimento, com a mesma velocidade, produzem frequências diferentes, e isso só é possível porque existe um meio, o ar, em relação ao qual cada um se desloca.

O item que a banca mais repete é o qualitativo com etiquetas cruzadas. Em 2019, no bloco do helicóptero: “caso o helicóptero se aproxime do soldado parado no ponto C, o soldado ouvirá um som” (A) mais grave, com frequência menor; (B) mais grave, com frequência maior; © mais agudo, com frequência maior; (D) mais agudo, com frequência menor. Duas das quatro opções são fisicamente impossíveis (agudo anda sempre com frequência maior): sobram A e C, e aproximação é C. Em 2016 quem se moveu foi o ouvinte: “uma nota Si emitida por um piano seja escutada por um ouvinte correndo na sala como se fosse uma nota Lá (mais próximo da Si original); nesse caso, o ouvinte estará se afastando do piano”. O Lá fica abaixo do Si: a frequência que chegou ao ouvinte é menor do que a emitida, e frequência menor significa distância crescendo. Certo.

O morcego, o radar e o ecocardiograma: Doppler duas vezes

Em 2010 a banca montou o caso do eco em alvo móvel com o morcego-fantasma do Pantanal: o morcego voa a 36 km/h (10 m/s) e uma mariposa vem em sua direção com velocidade VV; o som anda a 350 m/s. O morcego emite f1f_1; a mariposa, observador que se aproxima de uma fonte que se aproxima, recebe f2=f1 (350+V)/(350−10)f_2 = f_1\,(350 + V)/(350 - 10), maior que f1f_1; e reflete essa f2f_2 como se fosse uma fonte a VV; o morcego, aproximando-se dela, recebe f3>f2f_3 > f_2. Logo f1<f2<f3f_1 < f_2 < f_3, e tudo se conclui. O item que afirmava “f1>f2f_1 > f_2, f3>f2f_3 > f_2, nada podendo ser concluído a respeito da relação entre f1f_1 e f3f_3” é E. O tipo C do mesmo bloco pedia a razão f2/f1=(350+V)/340=35/34+V/340f_2/f_1 = (350 + V)/340 = 35/34 + V/340, opção A. O radar de trânsito faz o mesmo com micro-ondas e o ecocardiograma com ultrassom: o sangue que se aproxima do transdutor devolve frequência maior, o que se afasta devolve menor, e a diferença de frequência dá a velocidade do fluxo. Para a luz a fórmula é outra (não há meio, e a relatividade entra), mas a regra qualitativa é a mesma: o desvio para o vermelho das galáxias é o “som mais grave” de uma fonte que se afasta.

Doppler muda a frequência percebida, não a velocidade nem a emitida

Três tropeços. (1) A onda não anda mais depressa porque a fonte anda: a velocidade do som é do ar, 340 m/s, com sirene parada ou a 100 km/h. (2) A fonte não muda a frequência que emite: o socorrista ouve 800 Hz do início ao fim; quem ouve diferente é quem está fora, em movimento relativo. (3) Nas opções de um tipo C, elimine primeiro as quimeras “grave com frequência maior” e “agudo com frequência menor”; sobram duas, e a decisão é uma só: a distância está diminuindo ou aumentando? O que conta é esse movimento relativo: um carro que passa de lado, sem se aproximar nem se afastar no instante da passagem, não desloca a frequência naquele instante, e é por isso que o tom muda continuamente, não num pulo.

Como a banca pergunta

Nas provas da 2.ª etapa de 2007 a 2025, nenhum outro tema de ondulatória aparece com tanta regularidade quanto o som, e foi dele que saiu o único item tipo B da área. Os itens quase nunca vêm enfileirados: aparecem pendurados em textos de outras áreas (a locomotiva de Mauá, a paisagem sonora da Revolução Industrial, a história dos instrumentos, um verso de Noel Rosa, um texto sobre o silêncio da cidade, o morcego do Pantanal, um teste de helicóptero, a termometria acústica, o mármore de Bernini). Os padrões:

  • A etiqueta trocada nas qualidades (2014/105, 2007/18): “ferir” associado a velocidade e timbre; “força de cinquenta sopranos” lida como frequência 50 vezes maior. Intensidade é energia por área; altura é frequência; timbre é forma. Sempre E quando as etiquetas se cruzam; C quando o item define timbre pelo que ele é (2017/43).
  • O quadrado da distância trocado por linear (2017/42, 2018/108, 2019/92): metade da distância é quatro vezes a intensidade; 2d2d é I/4I/4; razão de distâncias 5/4 vira razão de potências 25/16. Três anos, três E.
  • A definição de decibel ao pé da letra (2015/82, tipo B 2015/83): 10log⁡(I/I0)10\log(I/I_0), 0 dB no limiar, 120 dB na dor; log de produto é soma.
  • Velocidade do som e temperatura (2009/108, 2018/109–110): v∝Tv \propto \sqrt{T}; se TT varia, vv varia; a frequência não muda de meio; T=λ2f2/393,12T = \lambda^2 f^2/393{,}12 monta-se com v=λfv = \lambda f.
  • A conta de uma linha com limiar (2017/35, 2021/50): λ=v/f\lambda = v/f com potência de dez ou conversão de unidade como único degrau; 17 mm; 1,65 mm.
  • Corda e tubo (2016/48, 2008/25): corda mais curta é frequência maior; tubo fechado é λ=4L/n\lambda = 4L/n com nn ímpar.
  • Doppler qualitativo com etiquetas cruzadas (2019/93, 2016/49) e Doppler duas vezes (2010/23, tipo C 2010/25): aproxima é agudo; eco em alvo móvel aplica o efeito na ida e na volta.
  • “Sempre” e “nunca” (2008/26): as tessituras do violino e do contrabaixo se sobrepõem; um “sempre” derruba o item.
  • Vizinhos disfarçados: o batimento das fontes de 415 e 435 Hz (2019/91), a soma de cossenos da afinação (2010/74 e 76) e as ondas estacionárias como conceito (2014/104 e 106) são a página de fenômenos ondulatórios; a fibra óptica e o espectro são ondas eletromagnéticas.

Os erros que a prova planta

Dez tropeços, um por linha
  1. “Som alto” lido como agudo, ou agudo lido como forte. Altura mede-se em hertz; intensidade, em watts por metro quadrado. Dois controles separados.
  2. Timbre confundido com intensidade ou altura. Timbre é a forma da onda, a receita de harmônicos: é ele que separa dois instrumentos tocando a mesma nota com a mesma força.
  3. Dobrar a distância, dividir por dois. É por quatro: I∝1/r2I \propto 1/r^2. Uma razão entre distâncias só vira razão entre potências depois de elevada ao quadrado.
  4. Decibéis somados como intensidades. 60 dB + 60 dB = 63 dB, não 120. Cada +10 dB é ×10; +3 dB é ×2.
  5. 0 dB lido como silêncio. É o limiar de audibilidade, 10−1210^{-12} W/m²; níveis negativos existem.
  6. Velocidade do som que muda com a nota. No mesmo ar, grave e agudo andam à mesma velocidade; o que muda com a temperatura é vv, e com ela λ\lambda, nunca ff.
  7. Eco com tempo de ida só. O pulso vai e volta: Δt=2d/v\Delta t = 2d/v; 17 m dão 0,10 s.
  8. Corda mais curta, som mais grave. É mais agudo: f1=v/2Lf_1 = v/2L. Mais tração também é mais agudo.
  9. Tubo fechado com segundo harmônico. Só há ímpares: f1,3f1,5f1f_1, 3f_1, 5f_1. E a velocidade no tubo é a do som no ar, não a de Taylor.
  10. Doppler mudando a velocidade ou a frequência emitida. Muda só a frequência percebida; agudo anda sempre com frequência maior; aproximação é agudo.

O essencial em meia página

  • Som: onda mecânica longitudinal; compressões e rarefações de pressão em torno do equilíbrio; precisa de meio (não há som no vácuo); em fluidos só longitudinal, em sólidos também transversal.
  • Velocidade: do meio. Ar 340 m/s; água 1 500 m/s; sólidos milhares de m/s. No ar, v∝Tv \propto \sqrt{T}, v≈331+0,6θv \approx 331 + 0{,}6\theta; TT varia, vv varia (2009/108); ao trocar de meio, ff fica e λ=v/f\lambda = v/f muda (2018/110).
  • Três qualidades: altura = frequência (agudo alto, grave baixo); intensidade = potência por área, W/m², ∝A2\propto A^2 (forte/fraco); timbre = forma da onda, receita de harmônicos (quem toca). “Ferir os ouvidos” é intensidade (2014/105); “força de cinquenta sopranos” é intensidade (2007/18).
  • Faixa audível: 20 Hz a 20 kHz (λ\lambda de 17 m a 17 mm no ar; 2017/35 = 017). Infrassom abaixo, ultrassom acima; ultrassom tem λ\lambda pequeno e enxerga detalhes pequenos (ecografia 5 MHz: 0,3 mm; 2021/50: 1,65 mm).
  • Eco: Δt=2d/v\Delta t = 2d/v; eco nítido só com refletor além de ~17 m (0,1 s); mais perto, reverberação.
  • Intensidade: I=P/4πr2I = P/4\pi r^2; dobrar rr divide por 4 (2018/108), metade de rr multiplica por 4 (2017/42), PB/PA=(rB/rA)2=25/16P_B/P_A = (r_B/r_A)^2 = 25/16 (2019/92).
  • Decibéis: N=10log⁡(I/I0)N = 10\log(I/I_0), I0=10−12I_0 = 10^{-12} W/m²; 0 dB limiar, 120 dB dor (2015/82); +10 dB = ×10, +3 dB = ×2, dobrar rr = −6 dB; duas fontes de 60 dB = 63 dB; caixa de 50 W a 5 m ≈ 112 dB (a 10 m, 106 dB).
  • Corda fixa–fixa: λn=2L/n\lambda_n = 2L/n, fn=nv/2Lf_n = nv/2L, todos os harmônicos; v=F/μv = \sqrt{F/\mu}; mais tração ou corda mais curta = mais agudo (2016/48 E); corda mi do violão (0,65 m, 82 Hz): v≈107v \approx 107 m/s, quinta casa → 110 Hz (o lá), casa doze → oitava; 60 cm a 360 m/s → 300 Hz.
  • Tubos: aberto–aberto λn=2L/n\lambda_n = 2L/n (todos); fechado–aberto λn=4L/n\lambda_n = 4L/n, nn ímpar (2008/25 C), uma oitava abaixo, sem harmônicos pares; vv é a do som no ar. L=0,85L = 0{,}85 m: 200 Hz aberto, 100 Hz fechado.
  • Doppler: distância diminuindo = f′f' maior = agudo; distância aumentando = grave (2019/93 C, 2016/49 C). f′=f (v±vo)/(v∓vf)f' = f\,(v \pm v_o)/(v \mp v_f), sinais de cima para aproximação; 800 Hz a 25 m/s: 863 Hz chegando, 745 Hz partindo; ouvinte a 25 m/s rumo à fonte parada: 859 Hz. Eco em alvo móvel aplica duas vezes: f1<f2<f3f_1 < f_2 < f_3 (2010/23 E), f2/f1=35/34+V/340f_2/f_1 = 35/34 + V/340 (2010/25 A). A frequência emitida e a velocidade do som não mudam.

Exercícios temporariamente indisponíveis

Não foi possível consultar o banco de questões. O conteúdo da aula continua disponível.

Flashcards temporariamente indisponíveis

Não foi possível consultar os cartões de revisão.

Qualidade fisiológica do som: intensidade, altura e timbre
Mundo QuiFis com Cecília Brustolini · 4:41
Introdução. Menos de cinco minutos sobre as três qualidades do som e o porquê de “gritar alto” e “som alto” significarem coisas diferentes em física. É a seção “Três perguntas que o ouvido responde” em forma de aula curta; assista antes de ler, e depois julgue os itens 2014/105 e 2007/18 desta página.
Intensidade sonora e nível sonoro (decibéis) | Física das ondas - aula 2
Te Prepara - Professor Telmo · 35:15
Aprofundamento. Aula completa com I=P/AI = P/A, a queda da intensidade com a distância e o nível sonoro em decibéis, com exemplos numéricos resolvidos. Cobre as seções “A intensidade cai com o quadrado da distância” e “Decibéis: uma escala logarítmica”, e prepara os itens 2017/42, 2018/108, 2019/92 e 2015/82.
A Física da Música - Cordas Vibrantes e Tubos Sonoros
Física Faz Sentido · 19:45
Aplicação. Vinte minutos ligando as ondas estacionárias em cordas e em tubos aos instrumentos reais: por que as cordas grossas são mais graves, como se determina a frequência de um instrumento de sopro, o que muda entre um tubo aberto e um fechado. São as seções “A corda presa nas pontas” e “Tubos sonoros”, e o vídeo para assistir antes do item 2008/25 e dos exercícios de cordas e tubos.
Efeito Doppler / Parte 1 - Brasil Escola
Brasil Escola Oficial · 15:59
Resolução e conceito. Explica a mudança de frequência percebida quando fonte ou observador se movem, com a convenção de sinais da fórmula f′=f (v±vo)/(v∓vf)f' = f\,(v \pm v_o)/(v \mp v_f) e exemplos resolvidos do tipo sirene. É a seção “Efeito Doppler: por que a sirene muda de tom”; refaça com o método do vídeo os itens 2019/93, 2016/49 e o tipo C 2010/25.
Rota PAS 2
Ondulatória: som, luz e ondas do mar · PAS 2

Fontes desta página

Os materiais abaixo contribuíram para a explicação e os exemplos deste assunto.

  • Rota PAS 2 — Ondulatória: som, luz e ondas do mar · Som: altura, intensidade e timbre (conceito com a tabela I = P/4πr², N = 10 log(I/I₀), λₙ = 2L/n, fₙ = nv/2L, λₙ = 4L/n ímpar; exemplo-guia do violão de 0,65 m a 110 Hz e da caixa de 20 W a 2 m com 116 dB; itens 2017/35, 42 e 43, 2018/108 e 109, 2019/92, 2009/108, 2014/105, 2007/18, 2008/20 e 26, 2016/48; armadilha 'alto não é forte, e o quadrado não é opcional'); Efeito Doppler: por que a sirene muda de tom (conceito com f' = f (v ± vₒ)/(v ∓ v_f), exemplo da sirene de 700 Hz a 34 m/s, itens 2016/49, 2010/23 e 25, 2019/93, armadilha das etiquetas cruzadas); Como a banca cobra (2019/93, 2021/50); Resolvidos (a corda do violão, tipo B: 60 cm e 360 m/s → 300 Hz); Treino (T12–T17, T20, T24)

    Recorte por assunto: natureza do som, velocidade e temperatura, qualidades fisiológicas, faixa audível e ultrassom, eco e reverberação, inverso do quadrado, decibéis, cordas, tubos e Doppler. A página acrescenta ao livro a regra v ≈ 331 + 0,6θ, a ordem de grandeza das pressões acústicas (0,02 Pa a 20 Pa), a distinção eco/reverberação com o limiar de 0,1 s e 17 m, o exemplo dos tubos de 0,85 m (200 Hz aberto, 100 Hz fechado) com a ausência dos harmônicos pares, a soma de níveis (60 + 60 = 63 dB), o caso do observador móvel (770 Hz contra 778 Hz) e as aplicações do Doppler duplo (ecocardiograma). Batimentos, ondas estacionárias como conceito e os fenômenos ficam em fenomenos-ondulatorios; luz e espectro em ondas-eletromagneticas. Os itens 2018/109–110, 2021/50 e 2015/83 são reusados por GUID das páginas ondas e logaritmos.

  • Cadernos e gabaritos oficiais do PAS/UnB (Cebraspe) · PAS 2 2007 (item 18, crônica da locomotiva de Mauá), 2008 (itens 20, 25 e 26, paisagem sonora e instrumentos musicais), 2009 (item 108, atmosfera em camadas), 2010 (itens 23 e 25, morcego-fantasma do Pantanal), 2014 (item 105, Noel Rosa), 2015 (item 82, decibel), 2016 (itens 48 e 49, violão e piano), 2017 (item 35 tipo B, revista Capitolina; itens 42 e 43, texto de Schindler sobre Beethoven), 2018 (item 108, termometria acústica), 2019 (itens 92 e 93, helicóptero)

    Itens reproduzidos verbatim dos cadernos em texto e conferidos na imagem dos PDFs (utils/material/PAS/provas/) nas páginas 5 (2007), 5–6 (2008), 16 (2009), 6 (2010), 19 (2014), 15 (2015), 9 (2016), 7 (2017, texto cifrado no txt), 16 (2018) e 13 (2019); gabaritos conferidos em utils/material/PAS/pesquisa/classificacao-pas2/AAAA.json. As figuras impressas (famílias do saxofone e do violino sobre o teclado e os modos do tubo fechado de 2008, o corte da atmosfera de 2009, o voo do morcego de 2010, as cordas de 2014, o helicóptero de 2019) foram descritas em texto neutro no suporte das questões, nomeando os rótulos impressos. As expressões perdidas na extração (λ = 4L/n de 2008/25, as frações de 2010/25, I/2 de 2018/108) foram restauradas da imagem. Achado: o livro Rota PAS 2 atribui os itens 42 e 43 de 2017 ao texto da Capitolina; no caderno MADEIRA (p. 6) eles pertencem ao bloco 36–43 do texto de Anton Schindler sobre a Sinfonia em dó menor.