Refrassom

RESUMO

A passagem de uma onda de um meio para outro, de características diferentes, caracteriza a ocorrência de um fenômeno chamado Refração.
Qualquer que seja o tipo de onda, sua freqüência não se altera na refração. No entanto, devido à mudança de meio, a velocidade modifica-se, o mesmo ocorrendo com o comprimento de onda.
Portanto, para haver a refração basta que a onda mude de meio, ou seja, mude sua velocidade de propagação. Uma maneira de ver isso pode ser encontrada se observarmos uma tropa ou um carrinho que muda a sua velocidade ao mudar o meio sobre o qual anda (Figura 1).
E nisto consiste nosso trabalho: estudar, observar, constatar e medir a refração do som em diversas situações.

 

MATERIAL E PROCEDIMENTOS

Lente Acústica:
Num primeiro momento, estudamos a refração do som causada por lentes esféricas delgadas, similar ao que acontece no caso da luz.

Para isso, fizemos bolhas de sabão com CO2 em seu interior (utilizando “gelo seco”), no formato de lentes biconvexas. Como mostrado no trabalho “Velocidade do Som” (premiado na 8a Mostra Científica de Clubes Juvenis – 2001) realizado pelo Clube de Ciências Quark, ondas sonoras possuem uma velocidade de propagação no CO2 menor do que no ar, assim essa bolha de sabão funciona como uma verdadeira lente acústica convergente, como mostrado na figura 2.

Trabalhamos com essa lente medindo seu foco para diversas freqüências, através do posicionamento de um microfone, fazendo uma espécie de varredura do espaço atrás da lente, sendo que havia um gerador de sinais ligado a um alto-falante na frente da lente.

O alto-falante funciona como uma fonte de ondas planas paralelas, e a bolha como uma lente convergente, exatamente como mostrado na figura 2. Encontrando o ponto atrás da lente (direita da figura 2) onde o volume do som era máximo, tem-se aí a posição do foco, devido à concentração nesse ponto da onda sonora produzida pelo alto-falante. A distância focal é à distância entre desse ponto ao centro da lente (bolha de sabão).


Figura 2 – Lente biconvexa convergente.

 

Refração do som na atmosfera próxima a um lago:
Como a atmosfera não é um meio homogêneo, pois apresenta uma temperatura tanto menor quanto maior a altitude, quando uma onda sonora se propaga por ela, esta sofre o fenômeno da refração, tendo sua direção alterada para cima, perdendo-se no espaço, pois como também estudado no mesmo trabalho do Clube Quark já citado anteriormente, quanto maior a temperatura do ar, maior a velocidade de propagação do som no ar.

Em um dia frio, acima da superfície do lago ocorre o fenômeno inverso: devido ao fato do lago estar frio, a temperatura do ar próximo à superfície do lago cresce com o aumento da altitude. Assim sendo o som é refratado para baixo. Dessa forma, nessas condições, uma pessoa que esteja em uma margem do lago escuta perfeitamente o que outra diz, em volume normal, na margem oposta.


Figura 3 – Refração do som na atmosfera acima de um lago.

Realizamos essa experiência em um dos lagos do CTA (Centro Técnico Aeroespacial) na cidade de São José dos Campos em diversos dias e em variados horários à temperaturas diferentes, utilizando o gerador de sinais com o alto-falante em uma margem e, um gravador na margem oposta. Depois estudamos o som gravado.

 

DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

No caso da lente acústica, obtivemos resultados coerentes, inclusive observamos que depois do foco tínhamos um som com volume ainda menor que o gerado devido a separação das ondas após passarem pelo foco (pode ser visto na figura 2), e também percebemos a ocorrência do fenômeno da Dispersão, que da mesma maneira como ocorre com a luz, o índice de refração varia com a freqüência, fazendo com que uma onda com maior freqüência sofra um maior desvio. Assim o foco da nossa lente acústica varia de acordo com a freqüência, como mostrado na figura 4.


Figura 4 – Dispersão do som.

Quanto à refração do som próximo ao lago, também obtivemos resultados satisfatórios, mas tanto para o estudo da lente acústica quanto para o estudo da refração do som na atmosfera acima da superfície do lago, ainda vamos fazer muitas outras medições, e apresentaremos todos os dados obtidos apenas no dia da apresentação.

 

BIBLIOGRAFIA

Tópicos de Física - Volume 2: Termologia, Ondas e Óptica
Newton, Helou & Gualter
São Paulo, Editora Saraiva, 1993
10a edição

 
Clube de Ciências Quark