KIT FÍSICA Nº 3 - DIAPASÃO

DIAPASÃO

Olá, professores! Vamos dar início a nossa aula sobre ondas sonoras?! Neste plano de aula, guiaremos você para utilizar o kit de experimentos de forma eficiente, aprofundando o aprendizado sobre propagação do som, ressonância e o efeito Doppler.

Assista ao vídeo de montagem para garantir que tudo esteja pronto e torne essa experiência em sala de aula ainda mais envolvente!

(clique e veja)

Plano de Aula: Diapasão

Componente Curricular: Física 

Indicação de ano: Ensino Médio 

Duração prevista: 50 minutos

Abertura da Aula

Local: Sala de aula

Organização da turma: Individual. 

Montagem dos materiais: Os materiais devem ser montados pelo professor.

* Recomendamos que os estudantes tenham alguns instantes para explorar os materiais antes do início das instruções. Assim, evitamos que se distraiam durante a fala do professor.

Levantamento de conhecimento prévio:

• Como o som se propaga através de diferentes meios (como ar, água e sólidos)?

• Onde você acha que o som pode se propagar mais rapidamente (em um meio sólido, um líquido ou gasoso)? O que poderia estar influenciando essa diferença na velocidade de propagação?

• Como as ondas sonoras são geradas e transmitidas a partir de uma fonte sonora, como um diapasão? O que acontece com as partículas do meio quando uma onda sonora passa por elas?

• Se duas fontes sonoras emitem o mesmo tipo de som, mas uma é mais intensa do que a outra, como você acha que isso se reflete nas ondas sonoras produzidas por cada fonte? Por que é possível ouvir um som a partir de diferentes distâncias e direções? Como as ondas sonoras se espalham e se atenuam à medida que viajam para longe da fonte?

• O que acontece com o som quando há um obstáculo no caminho das ondas sonoras? Como você acha que esse obstáculo pode modificar a direção e a qualidade do som?

Desenvolvimento da Prática

O som, uma onda mecânica longitudinal: Nesse experimento os alunos deverão observar como o som se propaga nos diferentes meios (gasoso, sólido). 

Ao término dessa atividade o aluno deverá ser capaz de: 

Reconhecer que o som é o resultado de um movimento vibratório.

Reconhecer que o som é uma onda mecânica que se propaga em um meio.

Verificar a propagação do som em diferentes meios.

Verificar o som quanto à sua qualidade fisiológica e frequência.

O som, fenômenos da interferência, ressonância e batimento: Nesse experimento os alunos deverão observar os fenômenos de interferência gerada a partir da superposição de duas ou mais ondas, ressonância decorrente de oscilações de frequências causadas por outro sistema vibratório e o batimento sonoro, resultado desta superposição de ondas. 

Ao término dessa atividade o aluno deverá ser capaz de:

 Mencionar a frequência do diapasão; 

Diferenciar a frequência padrão (fundamental) de outras frequências (secundárias) produzidas pelo diapasão com contrapeso; Reconhecer o fenômeno da ressonância, utilizando dois diapasões.

Reconhecer o fenômeno do batimento, utilizando dois diapasões.

O som, efeito Doppler: O experimento aborda a alteração de frequência percebida pelo observador em virtude do movimento relativo de aproximação ou afastamento da fonte sonora. 

Ao término dessa atividade o aluno deverá ser capaz de: 

Reconhecer o efeito Doppler.

Relacionar o efeito Doppler com ocorrências do dia a dia.

 

Condução das Discussões:

Entendendo a prática:

No experimento, o diapasão é golpeado para gerar uma vibração e produzir um som. O experimento pode ser realizado da seguinte maneira:

• Golpeamento do Diapasão: Um diapasão é batido levemente contra uma superfície dura (como uma mesa) para que comece a vibrar.

• Observação do Som: O som produzido é ouvido, e o diapasão continua a vibrar.

• Experimentos Adicionais: O diapasão pode ser colocado em contato com a superfície de água ou em um tubo para observar o efeito das vibrações.

Conceitos explicativos: 

Vibrações e Produção de Som:

• Vibração do Diapasão: Quando o diapasão é golpeado, suas lâminas vibram em torno de uma posição de equilíbrio. Essas vibrações geram compressões e rarefações no ar ao redor do diapasão.

• Ondas Sonoras: Essas compressões e rarefações se propagam pelo ar como ondas sonoras. O som que ouvimos é resultado dessas ondas viajando até nossos ouvidos.

Frequência e Pitch:

• Frequência: A frequência das vibrações do diapasão determina a altura do som que ouvimos. O diapasão de 440 Hz, por exemplo, produz um som com um pitch específico que corresponde à nota musical ‘Lá’.

• Pitch e Percepção: O pitch percebido é diretamente relacionado à frequência das ondas sonoras. Frequências mais altas produzem um som mais agudo, enquanto frequências mais baixas produzem um som mais grave.

Ressonância:

• Definição de Ressonância: Ressonância ocorre quando um sistema é capaz de amplificar as vibrações que estão na mesma frequência de sua própria vibração natural.

• Efeito na Água: Quando o diapasão é colocado sobre a água, as vibrações geradas podem criar ondas na superfície da água, demonstrando como as ondas sonoras podem afetar outros meios.

• Amplificação do Som: Quando o diapasão é colocado sobre uma superfície ressonante, como uma caixa acústica, as vibrações são transferidas e amplificadas, aumentando o volume do som.

Propagação do Som:

• Ondas Longitudinais: O som viaja na forma de ondas longitudinais, onde as partículas do meio (ar, água, etc.) se movem para frente e para trás na mesma direção da propagação da onda.

• Interação com Materiais: A propagação do som pode ser influenciada por diferentes materiais e superfícies. Superfícies sólidas tendem a transmitir o som mais eficientemente do que superfícies macias ou absorventes.

Para além da sala de aula:

O experimento com o diapasão oferece insights valiosos que vão muito além da sala de aula e encontram aplicações diversas no cotidiano e na prática profissional. Em primeiro lugar, o conceito de frequência e pitch demonstrado pelo diapasão é crucial na afinação de instrumentos musicais. Instrumentos de corda, como guitarras e violinos, utilizam princípios semelhantes para ajustar a tensão das cordas e alcançar a afinação desejada. Da mesma forma, o processo de afinação de pianos envolve ajustar as cordas do instrumento para garantir que ele soe corretamente.

Além disso, na arquitetura e no design acústico, os princípios de ressonância e acústica são aplicados para criar ambientes sonoros ideais. Em salas de concertos e teatros, arquitetos e engenheiros acústicos utilizam esses conceitos para projetar espaços que maximizam a qualidade do som. Eles ajustam a forma e os materiais das superfícies para melhorar a clareza e a amplitude do som, enquanto o tratamento acústico de estúdios de gravação e salas de aula envolve técnicas semelhantes para controlar a reverberação e a qualidade do som.

No campo da ciência e da tecnologia, equipamentos modernos, como medidores de frequência e analisadores de espectro, utilizam princípios de vibração e acústica para medir e analisar sons em diversas aplicações. Cientistas realizam experimentos de física relacionados a ondas sonoras, ressonância e acústica em ambientes controlados, frequentemente empregando conceitos semelhantes aos demonstrados com o diapasão. Além disso, a análise de ressonância é fundamental em estudos de engenharia, onde pesquisadores e engenheiros avaliam como estruturas e materiais respondem a vibrações e ressonâncias, um aspecto crucial para garantir a integridade e a segurança de edifícios e pontes.

Essas aplicações práticas e científicas demonstram a relevância dos princípios acústicos estudados com o diapasão e como eles permeiam diferentes áreas do conhecimento e da tecnologia.

Materiais disponibilizados no kit 

• Conjunto de diapasões 

• Martelo com ponteira de borracha

• Contrapeso para diapasão

• Caixas de ressonância 

Materiais complementares

Ondas Sonoras - Brasil Escola: https://www.youtube.com/watch?v=kR5FSlOPrhI

O Efeito Doppler Explicado: https://www.youtube.com/watch?v=78WkQObqp3U