Propriedades acústicas

PROPRIEDADE ACÚSTICA

CIÊNCIA DOS MATERIAISPROF. Dr ELÍDIO ANGIOLETTO

ELTON TORRES ZANONI

INTRODUÇÃO

O que é propriedade acústica?

“Acústica é o estudo da deformação ou vibração do meio material” – (AULD, 1974).

Patologias associadas a poluição sonora são em geral• Distúrbios do sono• Gastrite• Falta na eficiência• Surdez

Som - é uma onda mecânica decorrentes de vibrações moleculares ou atômicas

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• Emissor

• Meio

• Ondas Longitudinais

• Ondas Transversais

Figura 1 - Onda longitudinal e transversal

INTRODUÇÃO

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• Onda acústica se propaga em um material através da vibração ou movimento elástico do retículo cristalino

• Lei de Hooke

INTRODUÇÃO

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Figura 2 - Partícula na posição de equilíbrio e sua deformação no estado sólido

Fônon

Figura 3 - Propagação da onda acústica pelo material

INTERAÇÃO SOM-MATERIAL

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• Thomas Young

• Módulo de Young

(AULD; GREEN, 1974)


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Velocidade do som

Densidade do material

Módulo de elasticidade

(CANDIAN; SALES, 2009; NOGUEIRA; BALLARIN, 2007)


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Velocidade de propagação do som em diversos materiais

Material Densidade Velocidade do som, m/s

SólidosAcetato de vinilo etileno (EVA) 0,94 1800

Aço (em geral) 7,67 – 8,03 5000 – 6900Aço duro – 5874

Aço inoxidável 7,89 5790 – 5980

Aço macio 7,8 5960Alumínio 2,7 6200 – 6374Borracha 1 1550Borracha 0,97 1530Borracha macia – 1070Borracha natural – 1550 – 1830Borracha natural c/ 40 PHR de negro de carbono

– 1680

FONTE: http://ctborracha.com/?page_id=1485


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Tabela 1 - Velocidade do som em diferentes sólido

Cobre 8,93 3560 – 5010Cortiça 0,15 – 0,20 500Ebonite – 2500Ebonite 1,11 1450Ferro 7,69 3170 – 5900

Ferro fundido 7,22 – 7,80 4600

Granito 2,55 – 2,75 4000 – 6400

Isobutileno isopreno (IIR) 1,11 1800

Isobutileno isopreno (IIR) c/ 40 PHR de negro de carbono

– 1600



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Continuação Tabela 1 - Velocidade do som em diferentes sólido

Madeira (em geral) 0,315 – 0,977 1400 – 4800Madeira Carvalho 0,657 – 0,977 3381 – 4310Madeira Cedro 0,315 – 0,492 4400Madeira Freixo 0,526 – 0,638 4670Madeira Nogueira 0,454 – 0,590 4700Madeira Olmo 0,554 – 0,658 1400Madeira Pinho 0,373 – 0,638 3320 – 4760Madeira Sequoia 0,415 – 0,436 4800Madeira Sicômoro 0,539 – 0,690 4460Madeira Sobreiro 0,657 – 0,977 4470Policloropreno (CR) – 1510Policloropreno (CR) 1,31 1600Poliuretano (PU) 1,16 1680Poliuretanos (PU) 1,04 – 1,30 1330 – 2090Silicone (RTV) 1,020 – 2,830 730 – 1160Vidro 2,2 – 3,6 4380 – 6790



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Continuação Tabela 1 - Velocidade do som em diferentes sólido

• Determinação de outras propriedades mecânicas

𝐸=2𝐺(1+𝜐)

(LEVY; E. BASS; STERN, 2001; CALLISTER, 2014)

𝜏=𝐺𝛾


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• Blindagem Acústica

• “Transformação da energia mecânica vibratória em energia térmica “ – NAKAMURA, 2006

• A absorção acústica

𝐸=𝐸0

−𝛼 𝑡 E = Energia absorvidaE0= Energia inicialα = Coeficiente de atenuaçãot= Tempo

𝛼=1−𝐸𝑟

𝐸𝑖

(NAKAMURA, 2006;LEVY; E. BASS; STERN, 2001)

ISOLAMENTO ACÚSTICO

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• Razão da perda de energia

𝑄=−𝛼 𝐸Q= razão da perda de energiaα= Coeficiente de atenuaçãoE= energia

𝛼 ′=𝛼𝑣 =− 𝑄

𝑣𝐸Onde v é a velocidade do som


Figura 4 – Reflexão, absorção e transmissão do som

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• Os materiais geralmente usados para blindagem acústica são lã de vidro, cortiça,

isopor (poliestireno expandido), poliuretano, espumas em geral, etc.

Fonte: (MORESCHI, 2012)


Tabela 2 – Coeficiente de absorção acústica de diferentes materiais

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• A absorção da onda muda de acordo com a frequência

Figura 5 - Dependência do isolamento acústico versus a frequência do som de um compensado de madeira (1) e de uma parede de alvenaria (2)


Fonte: (MORESCHI, 2012)

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• Materiais com propriedades acústicas

Lã de vidro

Lã de rocha

Vermiculita

(CATAI; PENTEADO; DALBELLO, 2006)


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Espumas de Poliuretano

Fibra de coco

(CATAI; PENTEADO; DALBELLO, 2006)


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Fonte: http://revista.casavogue.globo.com/design/suecos-criam-paineis-acusticos-com-palha/

• Painéis Acústicos Träullit Hexagons

• Criado por três suecos:• Petrus Palmér, John Löfgren e

Jonas Pettersson

• Da necessidade de retirar o eco do prédio.

• Os painéis são feitos de palha de madeira misturados a argamassa


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(MORESCHI, 2012)


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ARTIGO

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Honeycomb sandwich panels

• Usados em aeronaves• Indústria automobilística• Absorção de energia

ARTIGO - INTRODUÇÃO

21-30

Nanotubo de carbono

Aramida

Borracha Latex

ARTIGO - EXPERIMENTAL

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Figura 1- Disposição das fibras de vidro dentro das células

ARTIGO - EXPERIMENTAL

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Figura 2 - Influencia da fibra de vidro na propriedade acústica do painel

ARTIGO - RESULTADOS

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ARTIGO - RESULTADOS

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ARTIGO - RESULTADOS

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• As fibras de vidro muda a ressonância acústica

• As fibras disposta de forma aleatória melhora a perda de transmissão acústica

CONCLUSÃO

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• Som é vibração mecânica de átomos e moléculas

• Ondas acústicas interagem com átomos dos materiais

• Velocidade do som depende das características do meio

• Materiais rígidos são bons condutores de som (fônon)

• Materiais porosos e moles possuem maiores índices de absorção acústica (espumas e fibras)

RESUMO

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• AULD, B. A.; GREEN, R. E. Acoustic Fields and Waves in Solids: Two Volumes. Physics Today, v. 27, n. 10, p. 63, 1974.

• CALLISTER, W. D. Materials Science and Engineering an introduction. 9o. ed. [s.l.] Wiley, 2014.

• CANDIAN, M.; SALES, A. Aplicação das técnicas não- destrutivas de ultra-som, vibração transversal e ondas de tensão para avaliação de madeira. Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído, v. 9, n. 4, p. 83–98, 2009.

• CATAI, R. E.; PENTEADO, A. P.; DALBELLO, P. F. Materiais, Técnicas E Processos Para Isolamento Acústico. Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, p. 4205–4216, 2006.

• LAZZARINI, V. E. P. Elementos de Acústica. p. 47, 1998. • LEVY, M.; E. BASS, H.; STERN, R. Modern Acoustical Techniques for the Measurement

of Mechanical Properties. [s.l.] ACADEMIC PRESS, 2001. v. 1• MORESCHI, J. C. Propriedades da madeira. p. 208, 2012. • NOGUEIRA, M.; BALLARIN, A. W. R e v i s t a E n e r g i a n a A g r i c u l t u r a. Energia

na Agricultura, v. 22, n. 3, p. 86–101, 2007.

REFERÊNCIAS

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PROPRIEDADE ACÚSTICA

CIÊNCIA DOS MATERIAISPROF. Dr ELÍDIO ANGIOLETTO

ELTON TORRES ZANONI