domingo, 17 de novembro de 2013

Percepções Sonoras

Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
publicada em 24/10/2013

Graças aos nossos sentidos, temos condições de interagir com o mundo à nossa volta. Com limitação em qualquer dos sentidos, uma pessoa perde boa parte das informações que poderia receber.
Além da visão, que talvez seja o sentido mais importante, a audição completa grande parte de nossa percepção. A partir dos sons que captamos, podemos nos comunicar com outras pessoas, receber informações e experimentar diferentes sensações. Ao ouvir o canto de um pássaro, uma canção ou a voz de alguém, percebemos coisas que só através do som podemos compreender.
O som é a propagação de uma perturbação mecânica em um meio material. Pode propagar-se como uma onda periódica, caracterizada por seu comprimento (que é a distância entre dois picos ou vales) e por sua frequência (número de vezes que ela varia por unidade de tempo).
Por exemplo, quando tocamos a nota musical ‘lá’ em um violão, ela se propaga pelo ar com velocidade de aproximadamente 340 m/s na forma de uma onda com frequência de 440 Hz (hertz é uma unidade de frequência que equivale a uma oscilação por segundo) e comprimento de onda de aproximadamente 77 cm.
Quanto maior a frequência, menor o comprimento da onda. A velocidade com que o som se propaga depende do meio: quanto mais denso o meio, maior a velocidade de propagação. Na água, o som se propaga a 1.400 m/s; no alumínio, a 6.300 m/s. Essa velocidade depende também da temperatura em que o meio se encontra.

Há sons que não são ondas periódicas, como o que é produzido quando batemos palmas. Nesse caso, a onda é do tipo pulso, que se propaga em todas as direções, empurrando as moléculas do ar. Algo semelhante acontece quando, em uma sala fechada, abrimos uma porta repentinamente, fazendo com que o deslocamento de ar feche uma outra do lado oposto.
Como todos os nossos sentidos são limitados, podemos perceber apenas parte do mundo ao nosso redor. No caso da audição, só captamos sons que estão na faixa de 20 a 20.000 Hz. Outros animais são capazes de perceber sons fora dessa faixa. Elefantes, por exemplo, podem se comunicar entre si por meio de ondas infrassonoras a distâncias de até 2 km. Como essas ondas são de baixa frequência, acabam tendo grande comprimento de onda.
Por outro lado, cachorros podem captar sons na faixa de 50.000 Hz, e morcegos os percebem na faixa de 120.000 Hz. Estes últimos emitem gritos pela boca e pelas narinas nessas altas frequências. Quando os pulsos atingem um objeto, são refletidos em forma de eco e captados pelos ouvidos do animal. Com esse sonar (semelhante aos utilizados em submarinos), o morcego consegue identificar, durante o voo, a natureza do ambiente que o circunda, bem como a forma e a dimensão do objeto.

Ultrassonografia e radiofrequência

Outra aplicação do ultrassom é na geração de imagens. Da mesma forma que os morcegos, a técnica de ultrassonografia aproveita a reflexão do som produzida pelas estruturas e órgãos do corpo. Os ecos captados são transformados em imagens por meio de computação gráfica.
Os aparelhos de ultrassom utilizam frequências variadas, de 2 até 14 MHz (milhões de hertz). Quanto maior a frequência, melhor a qualidade e precisão das imagens das estruturas superficiais obtidas. Conforme a densidade dos tecidos e sua composição, as ondas ultrassônicas vão refletir de modo diferente, sofrendo atenuações. Isso se manifesta na imagem com diferentes tons de cinza observados.
Assim como as ondas sonoras podem se transformar em imagens, que são emissões de luz (ondas eletromagnéticas), o contrário também pode ocorrer. Um rádio, por exemplo, capta ondas eletromagnéticas emitidas pela estação em dada frequência e as transforma em ondas sonoras, que podemos ouvir.
A frequência da onda de rádio nada tem a ver com a frequência dos sons produzidos. Basta lembrar que uma estação de rádio transmite em uma frequência fixa (normalmente na faixa de MHz) e podemos ouvir diferentes sons. A onda de rádio transmite informações, que atualmente podem ser transmitidas também na forma digital.

Oscilações nas ondas de plasma

Em filmes de ficção científica são comuns explosões no espaço. Embora tais sons deem um efeito dramático importante para muitos filmes, eles são impossíveis de acontecer. No espaço não há meio para a manifestação de ondas sonoras, pois há um vácuo muito alto, ou seja, com poucas partículas para permitir a propagação do som. A luz se propaga no espaço por ter uma natureza muito distinta da do som. É uma onda eletromagnética que não necessita de um meio para se manifestar.
Recentemente foi divulgada a notícia de que a sonda Voyager 1, lançada pela agência espacial norte-americana (Nasa) em setembro de 1977 com o objetivo de obter imagens dos planetas Júpiter e Saturno, teria alcançado o espaço interestelar. O anúncio foi feito com base nos ‘sons’ captados pela sonda nesse meio.
Nesse caso, o que a espaçonave captou foram oscilações nas ondas de plasma do espaço interestelar, na região denominada heliosfera. O plasma é o quarto estado da matéria e se manifesta, por exemplo, quando temos um gás ionizado (que perdeu parte de seus elétrons). A Voyager 1 detectou variações nessas partículas que se propagaram como ondas sonoras.

Os sons – ruídos, vozes, assobios, cantos, músicas, entre tantos outros – são diferentes formas de interação com o mundo. O barulho da chuva nos indica que a terra está sendo molhada; o som de uma risada, que alguém está feliz. Os ruídos das oscilações de plasma no espaço indicaram que uma espaçonave começava a alcançar as estrelas. Os sons nos informam sobre muitas coisas.

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos

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