A Física e os Instrumentos Musicais

Quem não gosta de ouvir uma boa música? Existem músicas para todos os gostos.
O som musical, em geral, é aquele que se apresenta de forma agradável aos nossos ouvidos, cuja onda sonora apresenta certa regularidade. Instrumentos musicais são dispositivos que produzem esse tipo de som.
Instrumentos musicais são classificados em três grupos, os instrumentos de cordas, instrumentos de sopor e instrumentos de percussão. Como a física explica o funcionamento desses instrumentos, é que veremos agora.

Instrumentos de cordas

Se pararmos pra pensar um pouco, podemos enumerar um grande número de instrumentos de corda: violão, violino, piano, harpa, guitarra, contrabaixo, etc. Nesses instrumentos, o som é produzido a partir de cordas, que quando acionadas provocam compressões e rarefações no ar, chamadas ondas sonoras.
Também chamada de cordas vibrantes, as cordas dos instrumentos musicais, quando vibram produzem ondas transversais que, superpondo-se às refletidas nas extremidades, originam uma onda estacionária.
O modo mais simples de vibração da corda caracteriza sua freqüência fundamental, correspondente à vibração entre as extremidades de fixação da corda (nós) e um ponto médio. O segundo modo de vibração corresponde aos nós das extremidades e a um nó no ponto central. O terceiro modo corresponde a mais um nó entre os nós extremos, e assim, cada novo modo de vibração corresponde a mais um nó intermediário.
A distância entre dois nós consecutivos corresponde a meio comprimento de onda  e a freqüência de oscilação é dada por ,  onde v é a velocidade da onda na corda.

Cordas vibrantes

Instrumentos de sopro

Os instrumentos de sopro são constituídos por tubos sonoros. É muito fácil nos lembrarmos desses instrumentos: saxofone, trombone, trompete, flauta, etc.
Se você soprar dentro de uma garrafa de vidro, por exemplo, irá observar esta emitira um som. Isso acontece porque a coluna de ar dentro da garrafa entra em vibração emitindo uma onda sonora. A produção dessa onda em uma das extremidades é devida a um dispositivo denominado embocadura. A extremidade oposta à embocadura, pode ser aberta ou fechada dando origem a dois tipos de tubos sonoros, os abertos e os fechados.
Nos tubos abertos a onda estacionária longitudinal que se forma apresenta um ventre em ambas as extremidades. O modo mais simples de vibração corresponde a um nó no ponto central do tubo. A cada novo modo de vibração, surge mais um nó intermediário.
A distância entre dois ventres consecutivos é igual à metade do comprimento de onda e a freqüência é dada por: .
 

Tubos sonoros abertos

Nos tubos sonoros fechados a onda estacionária longitudinal, apresenta um ventre na extremidade da embocadura e um nó na extremidade fechada. Para cada modo de vibração existente, mantém-se o nó na extremidade fechada e aumenta-se um nó intermediário.
A distância entre o ventre e o nó consecutivo corresponde a um quarto do comprimento de onda .

Tubos sonoros fechados

 

Os instrumentos de percussão se comportam de maneira bem diferente dos demais. Os sons emitidos por eles podem ter suas origens das vibrações de membranas, hastes e superfícies metálicas, o que dificulta estabelecer um padrão de comportamento para eles.

Por Kléber Cavalcante
Graduado em Física
Equipe Brasil Escola

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