MÚSICA: TEORIA E EXPERIMENTAÇÃO NA ACÚSTICA E NO ELETROMAGNETISMO

## MÚSICA: TEORIA E EXPERIMENTAÇÃO NA ACÚSTICA E NO ELETROMAGNETISMO

## Marcos Afonso Barreto Simões Filho¹, Christian Douglas Farias Santos², Eduardo Tavares da Silva³.

1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará - Campus Bragança, marcos\_physics17@outlook.com

2 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará - Campus Bragança, christiandouglas7@hotmail.com

- 3 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará - Campus Bragança, eduardokurt35@gmail.com

## Resumo

O Violão acústico e a Guitarra formam um par perfeito para a análise e explanação de conteúdos de Física do Ensino Médio como a Acústica e o Eletromagnetismo. Utilizando o Violão como objeto de estudo e de experimento, podemos ver que a Acústica pode nos fornecer informações preciosas de como o conjunto das cordas em vibrações podem gerar um timbre característico do instrumento. O Timbre é uma propriedade sonora que é estudada pela Acústica e que pode ser bem melhor explanada com a ajuda de um Violão dentro de uma sala de aula. Com a Guitarra não é diferente. O Eletromagnetismo é fundamental tanto para a construção da Guitarra quanto para a transmissão do som do instrumento para alguma caixa amplificadora por exemplo. A vibração das cordas interfere no campo magnético dos captadores de uma guitarra. Essa interferência logo depois é convertida em impulsos elétricos e posteriormente em ondas mecânicas (O Som). Muitos fenômenos podem ser estudados usando a Música como base para aulas de Física. E que mais tarde, pode ser usado como uma metodologia de ensino interessante aos alunos fazendo com que o nível de evasão escolar em Física possa diminuir. Tais fenômenos, metodologias e fatos interessantes serão mostrados ao decorrer deste trabalho.

Palavras-chave : Ensino de Física. Música. Acústica. Eletromagnetismo. Experimento Científico.

## A Música como ferramenta para o Ensino de Física

Este artigo procura evidenciar as características de fenômenos físicos em objetos do cotidiano musical como o Violão Acústico e a Guitarra Elétrica, tendo como objetivo o uso desses instrumentos para experimentos que facilitem o processo ensino-aprendizagem em campos de estudo da Física como a Ondulatória, Acústica e Eletromagnetismo sempre adaptando a cultura musical de um determinado ambiente escolar em que a interação entre aluno, professor e música possa ter impacto positivo na explanação desses conteúdos para os alunos do Ensino Médio.

Fazendo com que os mesmos possam despertar interesse no estudo da Física, ora que usaremos uma metodologia que aproxime o aluno do seu cotidiano e do seu conhecimento musical adquirido em decorrência de sua cultura em que ele está inserido. Fazendo uma análise completa do ambiente alvo, a metodologia

proposta usa a Teoria e Experimentação para explicar a Física por trás de todo um evento estudado fazendo com que a observação e prática criem abrangentes sobre certos fenômenos a partir do conhecimento adquirido de vários campos de estudo da Física.

Em uma sala de aula, por mais que o professor não tenha domínio dos instrumentos, o mesmo pode utilizar vídeos e animações que exemplificam e detalham o funcionamento de tais intrumentos musicais, pois o conhecimento técnico acerca do Violão e da Guitarra será mostrado e explanado pelo professor de acordo como o que mostramos neste artigo, e do conhecimento sobre Física do próprio docente. A música, também pode ser usada de forma a 'compor' letras que giram em torno de um determinado assunto como por exemplo, um trecho de uma paródia feita pelo artista Marcelo Adnet da música 'Tá vendo aquela Lua' do grupo ExaltaSamba: 'Tá vendo aquela lua / Que brilha lá no céu / São 384.000km até lá / O ponto mais distante / Da Terra é o apogeu / Não confunda com o mais próximo / Que é o perigeu...'

A Música e os Instrumentos Musicais são uma forma eficiente de fixação de conteúdo e objeto de estudos, respectivamente. Neste trabalho, focaremos nos intrumentos musicais enquanto objetos de estudos didáticos-laboratoriais. Usaremos tais instrumentos visando a aplicação direta dos conceitos aqui abordados.

Essa nova proposta de ensino está em fase de testes e está sendo aplicada em um evento do projeto PIBID - Física do Instituto Federal do Pará, Campus Bragança chamado 'Caravana da Física' em que neste evento são mostrados vários minicursos e oficinas com novas propostas no ensino de Física como o ensino de astronomia e vários outros. Neste evento, apresentamos para os alunos das escolas em que o evento é realizado a proposta do ensino da acústica e do eletromagnetismo através da música. E nesta apresentação aos alunos, o ' feedback' é muito positivo. Muitos alunos aprovam esta metodologia de ensino e conseguem absorver mais conteúdo do que numa aula dita 'normal'.

O artigo se divide em explicar o funcionamento do violão e da guitarra de forma a mostrar como pode ser usado em sala de aula, mostrando a visão técnica acerca de sua construção para que mesmo o professor não sendo versado em música, mas possa explicar o seu funcionamento visando a aplicação direta dos fenômenos. Diante de aulas puramente teóricas em que o aluno não vê como ele poderá usar aquele conhecimento, a mostragem dos instrumentos é de grande atratividade para o aluno, porque ele vê como toda aquela gama de conteúdo da Física pode ser aplicada nos mais diversos campos da sociedade moderna.

Para iniciarmos a explanação da proposta apresentada, faremos uma análise de certos fenômenos acústicos e eletromagnéticos com o objetivo de dar fundamentos para à aplicação de uma metodologia de Ensino de Física de forma a 'chamar a atenção' dos alunos, mostrando na prática e em um objeto conhecido pelos mesmos (Utilizaremos como matrizes de ensino, a Guitarra e o Violão) como a Física abrange o cotidiano vivido por cada um de nós, conhecendo a fundo o funcionamento de máquinas modernas voltadas à música.

## Violão: A Física por trás das Seis Cordas

Iniciando tal estudo, é necessário recorrer a um princípio básico das Cordas Vibrantes, que são de fundamental importância visto que as cordas serão responsáveis pela produção sonora:

Cordas vibrantes são cordas em que as duas extremidades estão fixas. A corda põe-se em vibração afastando um dos seus pontos da posição de equilíbrio estável. São de extrema importância em Física. No que toca à música, as cordas dos instrumentos musicais são cordas vibrantes por isso, o estudo do movimento das cordas vibrantes permite a compreensão do funcionamento dos instrumentos de corda (guitarra, piano, harpa, violino, viola, violoncelo, contrabaixo, etc.). (CORDAS..., [online] Disponível na Internet via http://nfist.pt/sf/sf3/musica/cordas.htm, acessado em 30/06/14)

Sabendo disso, analisaremos a fenomenologia da Acústica com o auxílio do aluno seguindo o desenho curricular do Ensino Médio. Em um instrumento musical como, por exemplo, o Violão, é possível mostrar de forma prática e audível vários fenômenos e propriedades acústicas tais como o Timbre, Intensidade e Altura. E também, mostrando como seriam as propagações sonoras de alta e baixa frequência, proporcionando assim, uma visão diferente da Ondulatória mostrada no Ensino Médio, criando pontes interdisciplinares entre campos de estudo diferentes na Física.

- A Ondulatória mostra de forma técnica as propriedades das ondas mecânicas e eletromagnéticas, mas quando o estudo da Acústica passa a tratar de somente um tipo de onda (Ondas Mecânicas) é criado uma pequena 'porta' para o entendimento de como o estudo detalhado desses fenômenos tem total impacto em objetos do cotidiano musical. Visando a explicação do objeto de interesse na metodologia usada, enquanto a Ondulatória mostra de forma geral as ondas mecânicas, a Acústica trata de um dos tipos de onda mecânica (A Onda Sonora) o que acaba por 'desorientar' o aluno em certos casos, já que são propriedades ligeiramente diferentes a serem tratadas em um mesmo caso.

Com o uso de um instrumento musical, no caso, o Violão, é possível mostrar para o aluno com o mesmo objeto de estudo as análises fornecidas pela Ondulatória de forma geral e a Acústica. Com isso em mente e usando o Violão como instrumento de ensino, podemos mostrar a natureza do Timbre.

'Cada tipo de instrumento musical tem uma espécie de 'assinatura': um conjunto de características sonoras associadas que tem uma descrição matemática extremamente precisa, embora possam parecer subjetivas. O que diferencia um instrumento de outro são as amplitudes e a duração de cada um dos harmônicos presentes no som resultante (...). A esse conjunto de características chamamos de Timbre.'. (OLIVEIRA, Naylor. A Física na Música. [online] Disponível na Internet via http://www.cdcc.sc.usp.br/ciencia/artigos/art\_25/musica.html, acessado em 30/06/14)

Outro ponto interessante a mostrar partindo do princípio da utilização do Violão como objeto de estudo, é a produção do som do instrumento. Em todos os tipos de violões e guitarras o som é produzido pela vibração das cordas. No entanto, como as cordas conseguem deslocar apenas uma pequena massa de ar, a intensidade do som necessita ser aumentada para ser ouvida. No Violão isso é realizado usando uma caixa de ressonância. O corpo do Violão é oco. As cordas a

vibrar põem o tampo harmônico a vibrar. O tampo harmónico possui uma área maior, e consequentemente produz um som mais intenso do que as cordas isoladas.

Com o auxílio do Violão, é possível mostrar os fenômenos da Acústica de uma forma mais clara, fazendo com que os alunos se interessem mais pelo motivo de ter um objeto clássico da música como fonte de conhecimento para estudos relacionados à Física, mostrando que a Física é o estudo da natureza. A Matemática está sempre presente para nos ajudar de forma grandiosa, mas a Física também preza pela análise da fenomenologia presente no nosso cotidiano.

Figura 01: Violão Acústico. Em destaque, o 'Tampo Harmônico' e a 'Boca'.

<!-- image -->

## Guitarra: O Som do Eletromagnetismo

Passado a visão da Acústica, como será a análise do eletromagnetismo nesse meio musical? Para este caso, utilizaremos outro objeto mais moderno envolvendo o uso de Imãs, Corrente Elétrica, Campo Elétrico e a própria Onda Sonora.

A Guitarra tem uso amplo para explanar tanto as propriedades particulares da Acústica quanto propriedades eletromagnéticas. Com a visão do estudo fornecido

pelo Eletromagnetismo, quais fenômenos podemos estudar tendo como matriz de conhecimento, a Guitarra? Os captadores de uma guitarra são pequenas peças encontradas no centro do corpo do instrumento, que serve para captação das ondas sonoras, que podem ser de dois tipos: o Captador Ativo necessita de energia elétrica para funcionar, enquanto que os Captadores Passivos são na verdade uma integração entre bobinas, ou seja, consistem de magnetos enrolados por um fio ( coil ) criando assim o campo magnético que é perturbado pelas cordas de metal ao vibrarem em frequências diferentes, tal perturbação no campo magnético gera o impulso elétrico que mais tarde é convertido em som (onda mecânica). Há um tipo de captador passivo chamado ' Humbucker ' ou 'Captador Duplo' que são estruturados com duas bobinas em um só corpo.

Normalmente as duas bobinas funcionam em polaridades inversas. Assim cada uma elimina parte do nível de ruído da outra. Essa interação também altera a resposta tonal do captador, o que lhe confere um som diferente daquele produzido por um captador single-coil . Os captadores passivos podem se apresentar na forma de HSS ( Humbucker, Single, Single ) ou SSS Classic ( Single, Single, Single ).

Figura 02 : Captadores Passivos de Guitarra no modelo SSS Classic (Single, Single, Single).

<!-- image -->

Esses artefatos podem sofrer alterações nos sinais elétricos emitidos pelos captadores, que são os famosos 'Efeitos de Guitarra' que são os efeitos de distorção, repetição (delay), eco (reverb), flanger, phaser, Wah-Wah... Essas alterações implicam na sonoridade da guitarra provenientes da manipulação dos sinais elétricos.

Com essa gama de conhecimento vindo de análises das propriedades da Guitarra, é possível mostrar para o aluno o quão a Física é crucial para a construção, evolução e compreensão do mundo moderno, seja em qual objeto ou fenômeno for analisado. Como por exemplo: Os captadores passivos Single-Coil possuem uma única bobina para a captação sonora, que são comuns em guitarras do modelo Stratocaster .

Figura 03 : Guitarra elétrica do modelo Stratocaster com captadores em SSS Classic (Single, Single, Single).

<!-- image -->

Essa única bobina é sensível para captar um som puro, mas também sensível para captar ruídos eletromagnéticos provenientes de máquinas próximas que consigam emitir campo elétrico a curta distância do instrumento. Esses ruídos são chamados no meio musical como ' 60 Cycle-HUM ', pois o 'zumbido' emitido tem uma frequência de 60 ciclos por segundo. Os Luthiers (pessoas capacitadas para a correta manipulação e/ou fabricação de instrumentos musicais) fazem um processo chamado de 'Blindagem' para a eliminação de ruídos. Para o procedimento ter sucesso, é necessário recorrer a um fenômeno da Física que é a Gaiola de Faraday.

A Gaiola de Faraday foi um experimento conduzido por Michael Faraday para demonstrar que uma superfície condutora eletrizada possui campo elétrico nulo em seu interior dado que as cargas se distribuem de forma homogênea na parte mais externa da superfície condutora. Mas como isso é utilizado para fazer com que interferências externas possam atrapalhar na sonoridade da guitarra? Na parte interna da guitarra, são colocados materiais que são 'isolantes' magnéticos como o Alumínio que é um Material Paramagnético, que tem como característica a presença de elétrons desemparelhados e que, quando na presença de um campo magnético, se alinham, fazendo surgir dessa forma um imã que tem a capacidade de oferecer um leve aumento na intensidade do valor do campo magnético em um ponto qualquer, diferente do Material Ferromagnético que já provoca um aumento significativo na intensidade do campo magnético.

Tal material oferece a resistência necessária para provocar o efeito da Gaiola de Faraday que tem impacto na diminuição do ruído provocado pelo ' 60 Cycle-HUM ' fazendo com que a Guitarra fique blindada à interferências eletromagnéticas. Para melhorar essa blindagem, os Luthiers usam folhas de Cobre que são Materiais Diamagnéticos caracterizados por ter seus imãs elementares orientados no sentido contrário do campo magnético aplicado, fazendo com que a blindagem da guitarra seja mais efetiva.

Os dois instrumentos, com mecanismos e funcionalidades diferentes, mostram uma ampla aplicabilidade da Física e também uma ponte interdisciplinar dentro da própria Física. O interessante de mostrar os dois instrumentos, é que por mais que a identidade dos instrumentos sejam relacionados mais com a acústica, as mesmas podem ser usadas para estudar semelhanças, diferenças, particularidades e analogias com o eletromagnetismo. Ver como tudo é interligado consegue prender

o aluno e também desperta o interesse em ver uma aplicação interessante e divertida da Física, que é a Música.

Com a análise desses fenômenos e aplicações da Física, é possível mostrar o quanto a ciência é envolvida no cotidiano de cada um de nós mostrando uma análise profunda da natureza e da evolução do conhecimento que homem construiu tendo como base a Física que a natureza nos permitiu conhecer. Portanto, com essas ferramentas, utilizando o conhecimento sobre Física e aliada à metodologia de ensino para alunos do Ensino Médio, o uso da Música e dos Instrumentos Musicais para à explanação desses conteúdos torna-se mais acessíveis ao aprendizado e torna-se também, algo que possa despertar o interesse dos alunos levando em consideração que eles terão como ver, ouvir, experimentar e analisar a Física que compõe todo o espaço que ele está inserido fornecendo assim, uma nova visão sobre os conteúdos do desenho curricular de Física.

## Referências

CORDAS... [Online] Disponível em http://nfist.pt/sf/sf3/musica/cordas.htm acessado em 30/06/2014.

OLIVEIRA, Naylor. A Física na Música, 2004 [Online] Disponível em http://www.cdcc.sc.usp.br/ciencia/artigos/art\_25/musica.html acessado em 01/07/2014.

- JR., Oscar Isaka. Louco por Guitarra: Blindagem caseira minimizando os ruídos, 2013 [Online] Disponível em http://guitarra99.blogspot.com.br/2013/06/blindagemcaseira-minimizando-os-ruidos.html acessado em 03/07/2014.

MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Curso de Física, Volume 2, 1° edição, 2012. Editora Scipione.

MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Curso de Física, Volume 3, 1° edição, 2012. Editora Scipione.

- G. HEWITT, Paul. Física Conceitual, 11° edição, Reimpressão 2012. Editora Bookman.