A Física na Música

OBJETIVO

Introduzir os conceitos de mecânica ondulatória presentes nas ondas sonoras, enfatizando as características físicas da música.

RECURSOS DIDÁTICOS-PEDAGÓGICOS

Violão, quadro e encarte de consulta.

DESENVOLVIMENTO

ONDAS

Imagine que estamos perto de trilhos ferroviários e um trem se aproxima. Mesmo sem antes vê-lo ou ouvir o barulho de suas rodas ou buzina, podemos sentir as vibrações no solo. Da mesma forma, ouviremos o barulho feito pelo contato entre as rodas do trem e o trilho, além das engrenagens que o movem e sua buzina.

Estas sensações, bem como a possibilidade de enxergarmos o trem, são devidas ao fenômeno a que chamamos “onda”. Uma onda caracteriza-se por transportar energia sem transportar matéria. Por exemplo, os trilhos do trem permanecem no mesmo lugar quando vibram. O que ocorre é uma transferência da energia de um ponto ao outro do mesmo.

No caso da luz que nos possibilita enxergar o trem, temos ondas eletromagnéticas. Já no das vibrações no solo e dos barulhos produzidos pelo movimento do trem, ondas mecânicas. A nós, interessará aqui considerar as ondas mecânicas, especificamente as sonoras.

“Mecânica” significa que as ondas, neste caso, são vibrações feitas em alguma partícula material. Em nosso exemplo, as vibrações sentidas por nossos pés foram produzidas nos trilhos e no solo. Já os sons foram vibrações produzidas nos gases presentes no ar. Lembrando que em todos estes casos, inclusive o som, não há deslocamento da matéria, mas apenas a vibração de suas partículas.

Consideremos características importantes das ondas para podermos entender sua presença e seus efeitos na música.

Ondas podem ser propagadas em uma, duas ou três dimensões. No caso de uma corda sendo agitada para cima e para baixo, é uma propagação em uma dimensão. O caso de uma pedra em uma piscina é um exemplo de propagação em duas dimensões. Já a onda sonora é um exemplo de propagação em três dimensões.

Há algumas medidas importantes a considerarmos sobre as ondas:

Elongação – valor algébrico do ponto oscilante na direção da oscilação.

Amplitude (A) – maior valor da elongação.

Fase (Θ) – ângulo usado para calcular a elongação.

λ – menor distância entre dois pontos em concordância de fase – por exemplo, entre duas cristas ou dois vales.

Período (T) – tempo gasto para que qualquer ponto escolhido realize uma oscilação completa.

Frequência (f) – numero de oscilações realizadas por um ponto escolhido em determinada unidade de tempo. A frequência sempre será a mesma da fonte que produziu a onda.

Velocidade – é característica do meio de propagação, definida por v=λf.

QUALIDADES DO SOM

As principais características do som são altura, intensidade e timbre.

A altura é definida pela frequência da fonte, e é por ela que diferenciamos sons graves de agudos. Quanto maior a frequência, mais agudo o som; e quanto menor, mais grave.

Intensidade pode ser entendida como o volume do som. Quanto mais intenso, maior o volume, e vice-versa. A onda sonora perde intensidade no decurso de sua propagação.

O timbre é o que diferencia sons de mesma frequência, porém de fontes diferentes. É caracterizado pela diferença no formato da onda produzida.

Figura 1 - Sons de mesma frequência, porém timbres diferentes

FENÔMENOS SONOROS

Ao deparar-se com obstáculos ou fronteiras de separação entre dois meios, as ondas sonoras podem apresentar comportamentos distintos.

Chamamos de reflexão quando a onda sonora retorna na direção da origem. Golfinhos, morcegos e sonares se utilizam deste fenômeno para identificar objetos à distância. Refração é quando a onda muda de meio de propagação, alterando sua velocidade e o comprimento de onda. Difração é quando a onda contorna um obstáculo. Para que a difração seja possível, a medida do obstáculo e o comprimento de