Compreender o conceito de onda sonora e associá-lo ao movimento de vibração ordenada das moléculas;

Compreender como se dá a propagação do som;

Conhecer alguns fenômenos sonoros, como a reflexão, a interferência e a ressonância;

Vivenciar situações de produção e análise de sons;

Conhecer algumas propriedades do som, como a frequência, a amplitude e o timbre.

 

Antes de iniciar as atividades, consulte a área Para Organizar o seu Trabalho e Saber Mais

 

O som é um fenômeno físico tão corriqueiro que poucas vezes nos damos conta de que se trata de algo complexo e que envolve muitos conceitos das Ciências e da Física. Por ser corriqueiro não é difícil estudá-lo, mas por envolver diversos conceitos físicos torna-se necessário apresentá-lo aos alunos desde o ensino fundamental, destacando suas principais características e explorando com isso vários conceitos relacionados a ele, como a energia, o movimento e algumas propriedades ondulatórias que também estarão presentes no estudo da luz.

 

Nesta atividade vamos conceituar o som, apresentar uma visão microscópica do fenômeno e apresentar algumas de suas propriedades. Além disso, vamos explorar um pouco o fato de que alguns sons são particularmente agradáveis para nós, como a música e, dessa forma, apresentar o som a partir de sua exploração também com  instrumentos musicais.

 

Nessa primeira etapa o professor deve apresentar o tema de estudo, “Som”, e estimular um debate rápido sobre o que os alunos pensam sobre o tema. Algumas perguntas podem orientar esse debate e ajudar em uma diagnose dos conhecimentos prévios dos alunos:

 

Alguém sabe dizer do que é feito o som?

Como se pode produzir som?

O que torna um som diferente do outro?

Por que os instrumentos musicais tocam sons tão diferentes?

Uma banda de rock tocando na Lua faria muito barulho?

 

A partir das respostas dos alunos o professor pode ir elencando temas para tratar conjuntamente durante a atividade. Uma boa ideia consiste em anotar na lousa as dúvidas que surgirem e, ao final, fotografar a lousa para registrar essas dúvidas. Parte delas podem também ser dúvidas do próprio professor e poderão se transformar em objeto para pesquisas na internet ou na biblioteca da escola.

É importante que nesse momento os alunos tenham a palavra e que as suas dúvidas sejam anotadas e não respondidas. O objetivo é despertar a curiosidade, o interesse e diagnosticar o que os alunos já sabem e o que precisam saber ou aperfeiçoar.

 

 

Quando batemos a caneta na tampa da carteira, por exemplo, tanto a caneta quanto a carteira vibram. Isso acontece porque durante o choque os átomos da caneta e da carteira se empurram e transferem movimento uns para os outros. Uma forma de imaginar como isso acontece em escala atômica consiste em comparar com o comportamento de uma mola:

 

Quando batemos na extremidade de uma mola, como essa mostrada na figura, empurramos os anéis uns contra os outros. Esse movimento de “empurrar” é então transferido para os anéis logo à frente e o que vemos é uma “região mais comprimida da mola” que passa a se propagar por ela. Tudo se passa como se o “empurrão” caminhasse pela mola.

 

 

Isso acontece com qualquer coisa e não apenas com molas. Nos sólidos e líquidos as moléculas empurradas empurram sua vizinhas próximas e transferem a elas o movimento que receberam. No gases, como o ar, acontece a mesma coisa. Porém, como nos gases as moléculas estão livres e se movem em todas as direções, o que vemos é uma região onde elas estão mais comprimidas (portanto onde a pressão do gás é maior), como no caso da mola, que se propaga pelo espaço.

 

A figura anexa nos dá uma ideia mais clara de como isso acontece quando produzimos essa compressão por meio de um autofalante que “empurra as moléculas de ar”. Essa região que foi comprimida transfere seu movimento para as regiões próximas criando uma “onda de pressão” que se move pelo ar até o ouvido de alguém que perceberá essas compressões sucessivas como um som.

 

 

Assim, um som nada mais é do que uma sucessão de regiões de maior e menor pressão que chega aos nossos tímpanos e faz com que ele também vibre com a mesma frequência com que essas regiões de alta e baixa pressão chegam a eles. Repare também que o som nada mais é do que uma perturbação (um chacoalhão) criada em um meio material e que passa a se propagar nesse meio. Por essa razão não é possível propagar o som pelo espaço vazio, o vácuo. Da mesma forma, quanto mais rarefeito for o meio, mais difícil será a propagação do som. É por essa razão que os sons se propagam mais rapidamente nos meios sólidos, seguido pelos meios líquidos e, finalmente os gasosos.

 

 

Cada frequência de som nos causa uma sensação auditiva diferente. Por exemplo, as diferentes notas musicais (dó, ré, mi, fá, sol, lá e si) correspondem a diferentes frequências de som e cada uma delas é “sentida” de uma forma diferente nos nossos ouvidos. Nossos ouvidos, quando em perfeito estado de funcionamento, são capazes de distinguir frequências de som que vão dos 20 Hz até 20.000 Hz (1 Hz corresponde a uma região de alta pressão chegando ao ouvido a cada segundo).

 

Sons mais graves possuem baixas frequências e sons mais agudos são os de alta frequência. A frequência de um som também é chamada de altura do som e não tem nada a ver com o som ser forte ou fraco. Sons mais fortes são mais intensos que os mais fracos e isso não depende da frequência deles e sim da quantidade de energia que o som transporta.

 

Pausa para um desafio: Você saberia dizer por que mesmo na casa onde o homem é machista é sempre a mulher quem fala mais alto?

 

Quando tocamos um instrumento musical, seja de cordas, de sopro ou de percussão, produzimos sons de diferentes frequências que, se arranjadas de uma certa forma, criam uma melodia agradável aos ouvidos. Isso é música! Além disso, quando um instrumento sonoro como um violão, por exemplo, produz um som, o instrumento todo vibra junto e produz diversas frequências além daquelas que estamos “tocando”. Por essa razão notamos diferenças no som de diferentes instrumentos mesmo quando tocamos uma mesma nota musical. Essa diferença devido ao pacote de frequências próprio de cada instrumento que vem junto com a frequência da nota tocada é chamado de timbre do som. Por isso percebemos sons diferentes produzidos por um piano e um violão tocando a mesma nota musical dó, por exemplo.

 

 

A figura acima  ilustra o timbre de alguns instrumentos produzindo a mesma nota musical. Note que o diapasão é o que tem a nota mais “limpa” dentre os instrumentos mostrados. Em todos os demais,  diversas frequências acompanham a frequência da nota musical e compoem um “pacote” próprio de frequências que caracteriza o timbre daquele instrumento. O conjunto de frequência que caracteriza o timbre de cada instrumento depende dos materiais com que ele é feito e de sua geometria.

 

Por fim, uma sucessão de perturbações sonoras se propagando pelo espaço constitui uma onda sonora. As ondas possuem propriedades curiosas, sejam elas ondas sonoras, luminosas ou ondas na superfície da água. Ondas sonoras sofrem reflexão quando batem em um obstáculo e se desviam (como o eco, por exemplo, quando um som bate num obstáculo e volta para a pessoa que o produziu), refração quando passam de um meio material para outro diferente (o que muda a frequência da onda e faz com que percebamos sons de alturas diferentes nos dois meios), difração quando espalham-se ao passar por um orifício ou ao redor de obstáculos (e é isso que permite que o som contorne obstáculos) e um fenômeno bem curioso: a ressonância.

 

A ressonância ocorre quando um som é reforçado diversas vezes, aumentando sua intensidade (energia). Isso ocorre, por exemplo, na caixa do violão. Se tocarmos um violão sem a caixa de ressonância (o corpo de madeira do violão), ou seja, apenas com o braço e as cordas do violão, ouviremos um som bem pouco intenso. Mas quando acrescentamos a caixa de ressonância ao braço do violão o som produzido pelas cordas reflete-se várias vezes dentro da caixa de ressonância do violão antes de se propagar pelo ar, causando assim um aumento na sua intensidade. Portanto, o corpo do violão é um amplificador sonoro. Nossa garganta e nossa boca também funcionam como caixa de ressonância para nossa voz.

 

Nessa etapa o professor deve realizar com os alunos alguns experimentos simples sobre o som e suas propriedades. Para isso basta seguir as sugestões de atividades fornecidas no Roteiro de experimentação  “Ondas sonoras, indicado no Link 6  da área Para Organizar o Seu Trabalho e Saber Mais.

 

Para a finalização desse roteiro sugerimos que os alunos sejam levados à sala de informática para explorarem o simulador “Estados da matéria”, onde é possível construir com maior facilidade um modelo mental sobre a estrutura da matéria nos estados sólido, líquido e gasoso.

 

Os vídeos “Como enxergar sua própria voz” e “Como enxergar o som”, links 1 e 2, poderão ser apresentados aos alunos junto com um proposta de trabalho em grupo onde os alunos deverão reproduzir os experimentos mostrados nesses vídeos em suas próprias casas, filmando o processo e os resultados e depois compartilhando no YouTube; ou, ainda, pode-se a partir dos vídeos solicitar aos alunos que busquem novos experimentos curiosos e interessantes sobre o som e suas propriedades.

 

É particularmente interessante sondar se na classe há alunos que tocam algum instrumento e solicitar a eles com antecedência que tragam esses instrumentos no dia da aula e os toquem para os colegas. Quem sabe não montamos um nova banda? Também é uma boa ideia construir instrumentos musicais a partir de materiais recicláveis, como latas, garrafas e outros materiais. Essa ideia pode gerar pesquisas e atividades para casa.

 

A simulação “Som”; 

 

A simulação “Estados da matéria”;

 

Aplicativo gStrings para afinação de instrumentos (versão para Android);

 

Roteiro de experimentação “Ondas sonoras” está disponível em Material de apoio.