Ciências Físico-Químicas

Ouvido Humano

Para conseguirmos ouvir um som, é necessário que este seja produzido pela fonte sonora, que a onda se propague num determinado meio e que chegue ao nosso ouvido, onde é percepcionado.

O ouvido humano é constituído por ouvido externo, ouvido médio e ouvido interno.

As vibrações sonoras são captadas pelo ouvido externo (no tímpano) e transmitidas ao ouvido médio, que as amplifica e envia ao ouvido interno.

A propagação das ondas no líquido do ouvido interno origina impulsos eléctricos que são transmitidos ao cérebro pelo nervo auditivo. No cérebro, estes impulsos são descodificados e traduzidos em sons

Espectro sonoro

O conjunto de todas as frequências possíveis para as ondas sonoras é denominado espectro sonoro. De acordo com a frequência da onda sonora, classificam-se os sons em infra-sons (f < 20 Hz), som audível (20 Hz < f < 20000 Hz) e ultra-som (f > 20000 Hz).

Fenómenos que ocorrem com o som

Reflexão do som- eco e reverberação
O eco consiste em ouvir a repetição de um som que foi produzido instantes antes.

O eco resulta da reflexão de som quando este encontra superfícies duras e lisas. A reflexão é um fenómeno ondulatório que ocorre quando a onda é obrigada a mudar de direcção, ao encontrar um obstáculo.
Para distinguir claramente o som reflectido do som original, é necessário que exista entre eles um intervalo mínimo de 0.1 segundos.

No ar o som propaga-se com uma velocidade de 340 m/s. Como:

d = V x Δt,

a distância que o som percorre é

d = 370 x 0.1 = 34m

Para que seja possível ouvir distintamente o eco do som original, é necessário
que seja percorrida uma distância mínima de 34 m, pelo que a superfície reflectora
tem de estar a uma distância mínima de 17 m da fonte emissora.

Quando existem vários obstáculos a distâncias superiores a 17 m, o mesmo som pode
repetir-se várias vezes, ocorrendo vários ecos- ecos múltiplos.

Quando a distância entre a fonte sonora e a superfície reflectora é inferior a 17 m, ocorre a
reverberação do som. Não se consegue distinguir o som original do som reflectido, pelo que
há apenas a sensação de um prolongamento do som original e os sons parecem durar mais
tempo no nosso ouvido do que seria normal.

Refracção do som

A refracção é um fenómeno que ocorre quando a velocidade de propagação da onda sofre alterações. O que pode acontecer quando há mudanças de meio ou no mesmo meio quando este não seja homogéneo. Na refracção. há normalmente mudança de direcção de propagação.

Ressonância

A vibração de uma fonte sonora pode ser transmitida a outro corpo cuja frequência natural de vibração seja igual ou múltipla da frequência de vibração da fonte sonora. O resultado é uma maior amplitude de vibração desse corpo que irá produzir um som de maior intensidade. A este fenómeno chama-se ressonância do som. A ressonância origina um aumento da intensidade do som.

Absorção e difracção

Certos materiais absorvem grande parte de energia transportada pela onda sonora, sendo o som reflectido muito fraco. Esses materiais podem ser utilizados para fazes isolamentos sonoras ou para evitar ecos e fenómenos de reverberação. A cortiça, a esferovite, a lã e as fibras são exemplos de materiais que têm grande poder de absorção.

A difracção do som é um fenómeno que está relacionado com a capacidade que o som tem de controlar obstáculos.

Som

Altura do som

A altura do som é a propriedade do som que permite classificar os sons em agudos (altos ou finos) e graves (baixos ou grossos).

A altura do som depende da frequência da onda sonora.

De uma forma geral, o som produzido pela voz de uma mulher é mais agudo do que o som produzido pela voz de um homem.

Intensidade do Som

A intensidade do som é a propriedade que permite classificar os sons fortes e fracos. Está relacionada com a amplitude da onda sonora.

A amplitude sonora está associada à quantidade de energia transportada pela onda por unidade de tempo. Uma maior quantidade de energia transportada corresponde a uma maior amplitude da onda sonora e, consequentemente, a uma maior intensidade sonora.

-A intensidade de um som depende ainda da distância a que se encontra a fonte sonora e da sensibilidade auditiva.

Timbre

(A)

O timbre é a propriedade do som que permite distinguir sons com a mesma intensidade e altura, mas provenientes de fontes sonoras diferentes.

A onda sonora produzida por um diapasão é uma onda simples. Quando se coloca um microfone ligado a um ociloscópio, a perturbação sonora no microfone transforma-se num sinal elétrico que varia no tempo de acordo com a figura (A). O sinal observado traduz a oscilação simples da membrana do microfone.

(B)

A onda sonora originada por uma flauta é complexa. Quando a perturbação é detectada pelo microfone, o sinal observado no osciloscópio* (B) apresenta características diferentes da situação anterior, porque resulta de sobreposição de várias ondas simples que diferem na frequência.

*Osciloscópio é um aparelho que mede sinais eléctricos variáveis no tempo

Propagação do som

O som é uma onda mecânica, pelo que necessita de um meio material para se propagar: não se propaga no vazio. A velocidade de propagação difere consoante o meio de propagação do som.
A propagação das ondas somos é mais rápida nos sólidos do que nos líquidos, sendo mais rápida nesses do que nos gases.

Vsom sólido > Vsom líquido > Vsom gás

A velocidade de propagação do som não depende apenas do estado físico do meio, mas também de outros factores como por exemplo a densidade ou a elasticidade do material.

Quanto mais elevada é a temperatura, menor é a densidade do ar e maior é a velocidade de propagação do som.

Há materiais que são utilizados como isolantes, pois as suas partículas vibram com dificuldade, absorvendo a energia transportada pela onda sonora.

Velocidade de propagação

O valor da velocidade de propagação do som (v) em qualquer meio pode ser obtido pelo quociente entre a distância (d) e o intervalo de tempo (Δt) que o som demora a percorrer essa distância

Quando a onda sonora é periódica, isso significa que percorre num intervalo de tempo corresponde ao período (T) uma distância igual ao comprimento de onda.

Ondas

Ondas

O que são ondas?

Uma onda é uma perturbação que se inicia num ponto e se propaga, transferindo energia de um ponto para o outro. Na propagação de uma onda, só há transferência de energia, não há transporte de matéria.

Existem ondas sísmicas, ondas do mar, ondas sonoras, ondas luminosas, etc.

Ondas mecânicas--> correspondem à propagação de perturbações do meio natural

(a energia de oscilação de uma partícula é transferida à partículas seguintes, forçando-as a oscilar)

Ondas eletromagnéticas--> o meio pode ser vácuo (ou ausência de matéria), pois estas ondas propagam-se através do meio (e não são a propagação do meio*)

(Estas ondas são geradas por cargas elétricas e consistem na oscilação de um campo electromagnético)

*meio--» é o que permite a onda propagar-se (material ou não)

As ondas luminosas são ondas eletromagnéticas.

Ondas longitudinais--> são aquelas em que a direção de propagação coincide com a direção de vibração.

Ondas transversais--> a direção de propagação e a vibração são perpendiculares.

Ondas sonoras--> o som é produzido pela vibração de uma fonte sonora. essa vibração transmite-se através de um meio material até aos ouvidos, onde é percepcionada. As zonas de compressão (aproximação das partículas) correspondem a cristas e as de rarefacção (afastamento das partículas)a vales.

--» Compressões e rarefacções do ar que ocorrem, num dado instante na propagação de uma onda sonora.

Características de uma onda periódica:

- Numa onda periódica, todas as partículas do meio vibram de igual forma. Mas no mesmo instante pode haver uma partícula que se encontra na posição de equilíbrio, outra que se encontra abaixo da posição de equilíbrio e uma outra que está acima da posição de equilíbrio. Se duas partículas se encontram na mesma posição relativamente ao equilíbrio, diz-se que estão na mesma fase de vibração. Assim, uma onda periódica pode ser

caraterizada por diferentes grandezas.

-- As grandezas físicas que caraterizam uma onda periódica são: o comprimento da onda, a amplitude, a frequência e o período.
O comprimento da onda é a distância mínima entre dois pontos que estão na mesma fase (unidade de base do SI: metro). A amplitude (A) numa onda mecânica corresponde ao valor máximo da elongação. A frequência (f) é o número de ciclos realizados por unidade de tempo (segundo) (unidade base do SI: Hertz). O período (T) é o intervalo de tempo mínimo em que se completa um ciclo e expressa-se em segundos. A frequência e o período são grandezas inversamente proporcionais.

Calor

CALOR

-- O que é o calor?

O calor é uma medida de energia térmica que é transferida entre corpos que se encontram a diferentes temperaturas.

Manifestação de energia

A energia pode ser detetada de diferentes maneiras:

--> Energia Luminosa (luz)

--> Energia Térmica (aquecimento dos corpos)

--> Energia Sonora (som)

--> Energia Radiante (raios X, microondas, ultravioletas, infravermelhos)

--> Energia Elétrica (movimento orientado de eletrões)

--> Energia Mecânica (movimento de corpos)

--> Energia Química (associada a reações químicas)

Duas formas fundamentais de energia:

|Energia potencial: energia armazenada nos corpos e pode vir a ser utilizada

----» Energia potencial química: -Associada aos alimentos;

-Associada aos combustíveis;

-Associada às pilhas e baterias;

----» Energia potencial elástica (materias elásticos e molas)

----» Energia potencial gravítica (Epg)

Qualquer corpo, mesmo em repouso, possui Epg (superfície da Terra)

>mcorpo --» >Epg (para a mesma altura))

>h --» >Epg (para a mesma massa)

Epg = m x g x h

|--> Joule (J)-----»» Unidade no Sistema Internacional (SI) de Energia

m--> massa do corpo (Kg)

g--> constante gravítica (mls2)

h--> altura (m)

Outra forma fundamental de Energia:

Energia cinética (Ec)-----» Energia associada aos corpos em movimento

|--» Kg

Ec= 1/2 x m x v2 --» m/s

|-» j

v--> velocidade a que o corpo se move

_________________________________#__________________________________

1ª situação: Livro, em repouso, na estante

Epg do livro-- Máximo

Ec-- oj

2ª situação: Livro cai da estante

Epg diminui

Ec aumenta

3ª situação: Instante antes de parar

Epg ~- 0

Ec máxima

4ª situação: Livro no chão

Epg= 0

Ec= 0

A energia do livro foi transferida para o chão
_________________________________#__________________________________

Etotal = Epg+Ec ----» Conservação de energia

|> Energia luminosa

| (energia útil)

Energia química (na pilha) --» Lanterna --» Energia elétrica

|>Energia térmica
|

|» Energia
dissipada

Etotal = Energia Util + Energia dissipada

Átomos, Moléculas e Iões

Constituição da matéria---» átomos--» toda a matéria é constituída por átomos
moléculas--» conjunto de átomos ligados entre si
iões--» partículas com carga elétrica que derivam de átomos ou moléculas

Constituição de um átomo

o mais simples--» Hidrogénio- nome do elemento químico
H- símbolo químico

Num átomo nº de protões = nº de eletrõesEntão o átomo é uma partícula neutra (ou seja, a carga elétrica total é zero, ou seja, é carga nula).

Os símbolos químicos lêem-se se letra a letra e não globalmente!

Teoria cinética-corpuscular

- Toda a matéria é constituída por corpúsculos;

- Que se encontram sempre em movimentos;

-Existindo espaços vazios entre eles.

Aumentando a temperatura, aumenta a agitação dos corpúsculos.

Molécula

Uma molécula é conjunto de átomos ligados entre si.

Molécula elementar--» é constituída por átomos do mesmo elemento químico

Molécula composta--» é constituída por átomos de diferentes elementos químicos

1 átomo de oxigénio - O

--- Ou seja, duas bolinhas vermelhas (átomos) separadas são 2 átomos de oxigénio (separados) - 2 O

1 molécula de oxigénio - é constituída por 2 átomos de oxigénio ligados entre si - O₂

O_{3 - molécula de ozono}

_Iões

_{Iões - partículas electricamente carregadas que provém de átomos ou de moléculas.

Catiões - são iões positivos.

Aniões - são iões negativos.}