A acústica, na física, é a área que estuda os sons e como eles são formados no ambiente. Pense, por exemplo, que a palavra aparece nas músicas, em relação à instrumentos musicais, estilos de canções e melodias.
Além de toda a compreensão sonora das ondas, a acústica também se dedica a explicar os fenômenos que estão relacionados com a propagação dessas ondas no ambiente. Como quando observamos as vibrações em uma caixa de som e nos materiais que ficam em seu entorno.
Leia este artigo e conheça mais sobre os temas acústicos, a definição de som, a classificação desse elemento na ondulatória, a relação entre acústica e música, além de conhecer os principais fenômenos físicos. As informações serão discutidas, ainda, em questões de vestibulares que abordam o assunto. Vamos lá?
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O que é acústica?
Em uma definição mais completa, a acústica busca compreender as ondas mecânicas, ou seja, aquelas que se propagam em meios materiais, como o som e o ultrassom (a tecnologia utilizada em exames médicos).
No dia a dia e nos vestibulares, o estudo da acústica fica mais restrito ao entendimento das ondas sonoras. Nesse sentido, lembre-se sempre que são ondas mecânicas porque podemos ouvir sons em meio gasoso (ar), líquido (água de piscina) e sólido (através de paredes).
Ao observar o comportamento das ondas sonoras e sua influência sobre os materiais, os físicos podem explicar diversos fenômenos que acontecem no cotidiano. Por exemplo, você já notou que conforme o violinista coloca o dedo mais próximo do instrumento, o som torna-se mais agudo?!
No estudo acústico isso pode ser explicado, já que o posicionamento da mão do músico altera o comprimento da corda e, consequentemente, as ondas sonoras formadas naquela região terão características diferentes, como veremos a seguir.
Definições de som
O conceito de som pode ser compreendido em diversas dimensões, de forma que cada onda sonora possui características próprias que as diferenciam dentre os outros tipos existentes na ondulatória.
É importante reconhecer que as ondas sonoras possuem alguns atributos que as distingue entre si, como:
- A frequência (f), que mede a quantidade de oscilações completadas em um segundo (Hz);
- O período da oscilação (T), que mensura o tempo necessário para completar uma única onda;
- A amplitude (A), que mede a distância entre a linha central e a altura da onda; e
- O comprimento de onda (λ, lê-se lambda), que varia conforme a frequência estabelecida e a velocidade de propagação.
Além de observar o comportamento das ondas sonoras em unidade, é importante perceber a relação entre um conjunto delas. Isso porque, em geral, temos mais contato com diversas ondas sonoras que se relacionam para formar acordes, melodias e harmonia entre diferentes instrumentos, materiais e, inclusive, com a voz humana.
Nesse sentido, o som pode ser caracterizado também conforme:
- O timbre, que representa o conjunto de ondas sonoras que formam um som. É essa característica que possibilita diferenciar o som de um violino para uma flauta transversal, ainda que estejam na mesma intensidade e frequência;
- A altura, que relaciona a frequência do som com o quanto ele é grave ou agudo. Sons de baixa frequência são mais graves, como as vozes masculinas (baixo, barítono ou tenor) e os sons agudos possuem uma alta frequência, como a maior parte das vozes femininas (contralto e soprano, por exemplo); e
- A intensidade de um som diz respeito à quantidade de energia mobilizada por ele, ou seja, quão forte ele é. Podemos observar isso quando estamos em uma festa e o som consegue até mesmo causar vibração de alguns objetos ao redor, enquanto em ambientes com sons baixos essa intensidade não pode ser notada.
Para a espécie humana, as frequências audíveis estão entre 20 Hz e 20 mil Hz. Quando um som possui f<20 Hz, ele é chamado de infrassom. Por sua vez, ondas com f>20.000 Hz, trata-se de um ultrassom — a tecnologia utilizada para exames médicos, principalmente durante a gestação ou estudo de problemas abdominais.
Fórmula em acústica
A principal fórmula utilizada no estudo da acústica é aquela que relaciona o comprimento de onda, a velocidade de propagação dela e sua frequência. Para lembrar desse cálculo, você pode utilizar o mnemônico vem (v) lamber (λ) farofa (f):
v = λ.f
v = velocidade de propagação do som no meio, em m/s
λ = comprimento da onda, medida em m
f = frequência, em Hz
Também pode ser quantificada a intensidade de um som, que é medida em decibéis (dB), segundo a fórmula:
dB = 10 . log (I/I0)
I0 = limiar da audição humana (10-12 W/m2) — esse valor geralmente é fornecido nas questões de vestibular que cobram o tema;
I = intensidade sonora (W/m2)
+ Veja també Fórmulas de Física para o Enem e vestibulares
Acústica e música
A acústica tem tudo a ver com música. As canções só existem porque os fenômenos acústicos acontecem. Por meio dela os instrumentistas podem criar harmonias e trabalhar em diferentes frequências, que são as notas musicais.
Além disso, como foi mencionado anteriormente, cada instrumento musical possui um timbre próprio que o diferencia dos outros. Alguns possuem uma característica mais grave, como um fagote, enquanto outros são extremamente agudos, como um flautim.
Nos diferentes instrumentos, são observadas a formação de ondas estacionárias. Elas acontecem quando há uma reflexão da onda e ela passa pelo mesmo lugar, em sentido contrário. Nesse caso, as cristas e os vales acabam existindo quase ao mesmo tempo — são as “barriguinhas” de onda observadas na imagem abaixo.
Conforme a quantidade de ondas que se formam dentro de um instrumento, alcança-se um novo harmônico. Os harmônicos são as frequências e comprimentos de onda específicos que podem causar o fenômeno de ressonância, quando a vibração externa e interna do instrumento se equalizam.
Em instrumentos de corda, os harmônicos são obtidos por meio da fórmula:
L = n.λ/2
L = comprimento da corda
n = número do harmônico
Por fim, existem ainda os instrumentos musicais tubulares. Nesses casos, toda vez que uma extremidade do tubo for aberta, aquela parte tem meia barriguinha. Nas extremidades fechadas, a ponta da barriguinha é observada, como na imagem abaixo:
Acústica no Enem
(Enem 2015) Ao ouvir uma flauta e um piano emitindo a mesma nota musical, consegue-se diferenciar esses instrumentos um do outro.
Essa diferenciação se deve principalmente ao(à)
a) Intensidade sonora do som de cada instrumento musical.
b) Potência sonora do som emitido pelos diferentes instrumentos musicais.
c) Diferente velocidade de propagação do som emitido por cada instrumento musical.
d) Timbre do som, que faz com que os formatos das ondas de cada instrumento sejam diferentes.
e) Altura do som, que possui diferentes frequências para diferentes instrumentos musicais.
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