Curso de Acústica Física

Aula 1 • Natureza das Ondas Mecânicas

Apresenta as ondas longitudinais e transversais como perturbações em meios elásticos. Relaciona o movimento das partículas ao comportamento ondulatório macroscópico.

Aula 2 • Introdução à Equação de Onda

Deduz a equação de onda acústica linear a partir dos primeiros princípios. Estabelece a base matemática para todos os modelos de propagação do curso.

Aula 3 • Movimento Harmónico Simples

Analisa o oscilador como a fonte elementar de som. Relaciona a dinâmica massa-mola com conceitos de radiação acústica apresentados posteriormente.

Aula 4 • Frequência, Comprimento de Onda e Velocidade de Onda

Define os parâmetros fundamentais da onda e as suas inter-relações. Desenvolve as competências quantitativas necessárias para toda a análise acústica subsequente.

Aula 1 • Refracção e Difracção

Aborda a curvatura dos trajetos das ondas devido a gradientes de velocidade e obstáculos. Relaciona estes fenómenos com cenários práticos de sonar e imagiologia ultrassónica.

Aula 2 • Reflexão e Transmissão em Interfaces

Analisa o comportamento ondulatório nas fronteiras entre meios diferentes. Apresenta a impedância acústica como o parâmetro chave que rege a partição de energia.

Aula 3 • Velocidade do Som em Fluidos e Sólidos

Relaciona as constantes elásticas e a densidade do material com a velocidade da onda. Fornece a base para a caracterização de materiais utilizando medições acústicas.

Aula 4 • Propagação de Ondas em Sólidos Anisotrópicos

Estende a teoria da propagação a materiais com propriedades elásticas direcionais. Prepara os formandos para ensaios ultrassónicos de compósitos e cristais.

Aula 1 • Fontes Dipolares e Multipolares

Estende a modelação de fontes a dipolos e multipolos de ordem superior. Explica os padrões de radiação direcionais relevantes para estruturas vibrantes.

Aula 2 • Fontes Pontuais e Monopolares

Apresenta o monopolo como o modelo de fonte acústica mais simples. Deduz a solução de onda esférica e o comportamento de campo próximo versus campo distante.

Aula 3 • Potência Acústica e Impedância de Radiação

Define a potência acústica irradiada e o efeito de carga do meio sobre uma fonte. Relaciona a resistência de radiação com a eficiência do transdutor.

Aula 4 • Radiação de Superfícies Vibrantes

Modela a radiação sonora a partir de superfícies planas e curvas extensas. Apresenta a eficiência de radiação e a sua dependência da velocidade de onda estrutural.

Aula 1 • Ressonadores de Helmholtz

Modela o ressoador de Helmholtz como um sistema acústico concentrado. Relaciona a geometria do ressoador com a frequência sintonizada para aplicações de controlo de ruído.

Aula 2 • Ressonância em Cavidades Acústicas

Estende a análise modal a recintos bidimensionais e tridimensionais. Aplica os modos de cavidade à acústica de salas e ao projeto de ressoadores.

Aula 3 • Modos de Vibração Estrutural

Analisa os modos de flexão e torção de vigas, placas e cascas. Estabelece a ponte entre a dinâmica estrutural e a radiação acústica para a previsão de ruído.

Aula 4 • Ondas Estacionárias numa Dimensão

Deduz os padrões de ondas estacionárias em tubos e varas com várias condições de fronteira. Estabelece o conceito de frequências de ressonância modal.

Aula 1 • Microfones e Hidrofones

Descreve microfones de condensador, electret e MEMS, juntamente com hidrofones subaquáticos. Aborda a sensibilidade, a resposta em frequência e a gama dinâmica.

Aula 2 • Princípios dos Transdutores Piezoelétricos

Explica o efeito piezoelétrico e a sua utilização em transmissores e recetores acústicos. Relaciona as constantes do material com a sensibilidade e a largura de banda do transdutor.

Aula 3 • Agrupamentos de Transdutores Ultrassónicos

Apresenta agrupamentos faseados e lineares para direcionamento e focagem do feixe. Fornece a base para sistemas de imagiologia e avaliação não destrutiva.

Aula 4 • Condicionamento de Sinal e Aquisição de Dados

Aborda a amplificação, filtragem e conversão analógico-digital para sinais acústicos. Garante a captura precisa de dados de ondas transientes e contínuas.

Aula 1 • Formação e Estrutura de Ondas de Choque

Descreve a formação de choques acústicos e a sua estrutura interna. Aplica a teoria do choque à litotrícia, aos estrondos sónicos e às fontes explosivas.

Aula 2 • Geração Harmónica e Distorção da Forma de Onda

Analisa o progressivo aumento de inclinação das formas de onda e o crescimento das harmónicas. Relaciona as amplitudes harmónicas com a distância de propagação e o nível da fonte.

Aula 3 • Origens da Não Linearidade Acústica

Identifica as fontes físicas de não linearidade em fluidos e sólidos. Apresenta o parâmetro de não linearidade B/A como ferramenta de caracterização de materiais.

Aula 4 • Corrente Acústica e Pressão de Radiação

Aborda os fluxos de fluido estacionários e as forças induzidas por campos de ondas acústicas. Relaciona estes efeitos com a manipulação de partículas e a limpeza ultrassónica.

Aula 1 • Ensaios Ultrassónicos com Agrupamentos Faseados

Aplica a formação de feixe de agrupamentos à inspeção flexível e de alta resolução de geometrias complexas. Aborda a varredura setorial, a focagem e a imagiologia pelo método de focagem total.

Aula 2 • Deteção e Dimensionamento de Defeitos

Aborda técnicas para localizar e medir defeitos utilizando dados de amplitude e tempo de percurso. Apresenta métodos de dimensionamento baseados na difração e na queda de amplitude.

Aula 3 • Métodos de Pulso-Eco e de Transmissão Direta

Apresenta as duas configurações primárias de inspeção ultrassónica e a sua interpretação de sinal. Estabelece a base para a deteção e dimensionamento de defeitos.

Aula 4 • Medição de Propriedades de Materiais

Utiliza medições de velocidade acústica e atenuação para caracterizar a microestrutura e as propriedades mecânicas dos materiais. Relaciona os dados acústicos com métricas de qualidade do material.

Aula 1 • Métodos de Acústica Computacional

Introduz métodos numéricos para resolver problemas acústicos complexos para além do alcance analítico. Avalia as abordagens de elementos finitos, elementos de fronteira e diferenças finitas.

Aula 2 • Termoacústica

Analisa o acoplamento entre oscilações acústicas e transferência de calor em ressoadores. Aplica princípios termoacústicos ao projeto de refrigeração e motores primários.

Aula 3 • Metamateriais Acústicos e Cristais Fonónicos

Examina estruturas periódicas concebidas que exibem propriedades acústicas invulgares. Aborda intervalos de banda, parâmetros efetivos negativos e conceitos de camuflagem.

Aula 4 • Ultrassons Focados de Alta Intensidade

Examina os mecanismos físicos de aquecimento de tecidos e cavitação na terapia por ultrassons focados. Relaciona a focagem do feixe, a não linearidade e os bioefeitos.