Você sabe qual é a forma do som?

Você já se perguntou o que é o som? Pense um instante sobre isso. O som é algo meio assim… Etéreo, não é? Você gostaria de vê-lo? Acha impossível? Pois no artigo de hoje vou mostrar para você qual é a forma do som! Curioso?

Um dos primeiros cientistas da história recente a realizar experimentos com o intuito de revelar padrões visuais relacionados aos sons foi o físico e músico Ernst Chladni (século XVIII). Um dos seus trabalhos mais relevantes, conhecido como “Figuras de Chladni”, revela incríveis formas geométricas que podem ser criadas em uma placa vibrante. Uma versão moderna dessa experiência pode ser vista no vídeo a seguir. Nele o autor da experiência apoia uma placa metálica fina sobre um alto falante e, utilizando um gerador de tons que é capaz de emitir sons em frequências determinadas, faz vibrar sal jogado em cima da placa. Dá uma olhada no resultado:

Não é incrível? Chladni, no século XVIII, obteve padrões similares utilizando uma placa metálica fina, pó de serragem e um arco de violino…

Curioso para saber por que esses padrões são formados? Então acompanha a leitura a seguir.

Vou começar explicando o que acontece em uma corda por ser bem mais fácil de visualizar. Tudo o que acontece em uma corda também acontece em uma placa (só que na placa, em duas dimensões). Preparado?

Um pulso se propagando em uma corda ao atingir uma extremidade fixa é refletida e volta pelo caminho de onde veio. Se dois pulsos se encontram, eles se interferem momentaneamente para, logo depois, seguir seu caminho como se nada tivesse acontecido. Este fenômeno é conhecido como interferência.

Se a fonte – no caso do vídeo a seguir: eu mesmo – começa a produzir pulsos periodicamente, é estabelecida uma onda que, ao atingir uma extremidade, é refletida e volta pelo caminho de onde veio, certo? Acontece que dependendo da frequência da fonte (o número de vezes por segundo que eu sacudo a corda) é possível construir padrões como estes do vídeo 2. Quanto maior a frequência da fonte, mais “montinhos” são formados.

Esse último vídeo mostra a demonstração da série harmônica em uma corda de extremidades fixas.

Cada onda construída dessa maneira é chamada de onda estacionária. O conjunto de todas as ondas estacionárias que se pode criar por uma fonte em um determinado meio é chamado de série harmônica. Os pontos que permanecem parados (sem vibrar) são chamados “nós” e as regiões de maior amplitude (maior vibração) são chamadas “ventres”.

Figura 1: Anatomia de uma onda estacionária.

Se você acompanha o Eureka Brasil, deve lembrar do artigo Fourier: do Youtube ao Netflix, onde explico algo sobre timbre. Lembra? Se não fez muito sentido na época, tente agora relê-lo com essas explicações. Aquilo que chamei lá de “ondas simples” são ondas estacionárias que se estabelecem em um determinado meio. Entendeu?

Agora que você sabe tudo o que é preciso saber sobre ondas estacionárias, voltemos às figuras de Chladni. Na figura 2, eu represento uma das figuras de Chladni obtidas pela experiência do vídeo.

Figura 2: Exemplo de uma Figura de Chladni

Se você assistir novamente ao primeiro vídeo mostrado neste texto, vai perceber que o sal, que inicialmente está espalhado por toda a placa, vibra e “magicamente” obtém formas diferentes dependendo da frequência emitida pelo alto falante. Conecte essa observação com o que você acabou de aprender sobre ondas estacionárias: O sal vibra nas regiões onde se estabelecem os ventres e não vibra onde se estabelecem os nós. O que você está vendo na figura são os nós de uma onda estacionária bidimensional! Perceba que, assim como na corda (unidimensional), quanto maior for a frequência maior o número de nós (assista novamente o vídeo 2 se necessário). Por isso as figuras vão ficando cada vez mais complexas, porque há mais nós, portanto mais regiões na placa que não vibram e o sal pode se estabelecer sem ser incomodado. Fantástico, não?

Esses figuras não são só bonitas, elas também são muito úteis! Construtores de instrumentos musicais utilizam essas figuras para fabricarem instrumentos de alta performance. A técnica é a mesma usada no vídeo. A ideia é obter determinadas figuras, que dependem do que se está fabricando (o tampo de um violino formará desenhos diferentes que um tampo de um violão, por exemplo) para garantir que os tampos dos instrumentos ressoem melhor em determinadas frequências. Na figura 3, você encontra o gabarito para a construção de tampos para violino, como exemplo. Além da qualidade sonora, como esses padrões dependem da geometria do objeto, só é possível obter uma determinada figura a uma determinada frequência se o tampo tiver um determinado formato, o que também serve como uma espécie de prova real.

Figura 3: Padrões de Chladni formados em tampos de violino e suas respectivas frequências. Esses padrões, nessas frequências, são fruto do trabalho da Dra. Carleen M. Hutchins entre outros estudiosos.

O que você achou deste artigo? Comente e compartilhe!

 

REFERÊNCIAS:

Donoso, JP et al. A fısica do violino. Revista Brasileira de Ensino de Fısica, v. 30, n. 2, p. 2305, 2008.

Carraça, MGD. Imagens do Som: figuras de Chladni. Repositório Universidade de Évora. 2016.

Facebook Comments
COMPARTILHAR:

Deixe uma resposta