Fundamentos de Física, Volume 2: Gravitação, Ondas e Termodinâmica

David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker · Capítulo 99 de 165

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Fundamentos de Física, Volume 2: Gravitação, Ondas e Termodinâmica

Batimentos

f = f – f . bat 1 2

 

Batimentos

Quando escutamos, com uma diferença de alguns minutos, dois sons cujas frequências são muito próximas, como 552 e 564 Hz, temos dificuldade para distingui-los. Quando os dois sons chegam aos nossos ouvidos simultaneamente, ouvimos um som cuja frequência é 558 Hz, a média das duas frequências, mas percebemos também uma grande variação da intensidade do som, que aumenta e diminui alternadamente, produzindo um batimento que se repete com uma frequência de 12 Hz, a diferença entre as

duas frequências originais. A Fig. 17-18 ilustra esse fenômeno.

Suponha que as variações de pressão produzidas por duas ondas sonoras

de mesma amplitude s em certo ponto sejam m

 

em que ω > ω . De acordo com o princípio de superposição, a variação de 1 2

pressão total é dada por

 

s = s + s = s (cos ω t + cos ω t). 1 2 m 1 2

 

Usando a identidade trigonométrica (veja o Apêndice E)

 

podemos escrever a variação de pressão total na forma

 

Definindo

 

podemos escrever a Eq. 17-43 na forma

Vamos supor que as frequências angulares ω e ω das ondas que se 1 2

 

combinam são quase iguais, o que significa que ω ≫ ω′ na Eq. 17-44. Nesse caso, podemos considerar a Eq. 17-45 como uma função cosseno cuja frequência angular é ω e cuja amplitude (que não é constante, mas varia com uma frequência angular ω′) é o valor absoluto do fator entre colchetes.

A amplitude é máxima quando cos ω′t na Eq. 17-45 é igual a 1 ou –1, o

que acontece duas vezes em cada repetição da função cosseno. Como cos ω′t tem uma frequência angular ω′, a frequência angular ω do batimento é bat ω = –ω′. Assim, com a ajuda da Eq. 17-44, podemos escrever bat

 

Como ω = 2πf, essa equação também pode ser escrita na forma

 

Os músicos usam o fenômeno do batimento para afinar seus

instrumentos. O som de um instrumento é comparado com uma frequência-padrão (como, por exemplo, uma nota chamada “lá de concerto” tocada pelo primeiro oboé) e ajustado até que o batimento desapareça. Em Viena, o lá de concerto (440 Hz) é fornecido por telefone aos muitos músicos residentes na cidade.

Figura 17-18  (a, b) As variações de pressão Δp de duas ondas sonoras quando são detectadas separadamente. As frequências das ondas são muito próximas. (c) A variação de pressão quando as duas ondas são detectadas simultaneamente.

 

Exemplo 17.06 Uso das frequências de

batimento pelos pinguins

Quando um pinguim imperador volta para casa depois de sair à

procura de alimento, como ele consegue encontrar o companheiro ou

companheira no meio de milhares de pinguins reunidos para se

proteger do rigoroso inverno da Antártica? Não é pela visão, já que

todos os pinguins são muito parecidos, mesmo para outros pinguins.

A resposta está no modo como os pinguins emitem sons. A maioria

dos pássaros emite sons usando apenas um dos dois lados do órgão

vocal, chamado siringe. Os pinguins imperadores, porém, emitem sons

usando simultaneamente os dois lados da siringe. Cada lado produz

ondas acústicas estacionárias na garganta e na boca do pássaro, como

em um tubo com as duas extremidades abertas. Suponha que a

frequência do primeiro harmônico produzido pelo lado A da siringe é

f = 432 Hz e que a frequência do primeiro harmônico produzido pela A1

extremidade B é f = 371 Hz. Qual é a frequência de batimento entre B1

as duas frequências do primeiro harmônico e entre as duas frequências

do segundo harmônico?

 

IDEIA-CHAVE

De acordo com a Eq. 17-46 (f = f – f ), a frequência de batimento de bat 1 2

duas frequências é a diferença entre as frequências.

 

Cálculos: Para as duas frequências do primeiro harmônico f e f , A1 B1

a frequência de batimento é