Difração, Polarização - Aula 15-16

Aula 15-16

Difração Polarização Princípio da Superposição Ondas Estacionárias Interferência

DIFRAÇÃO

Consideramos até agora que, nos meios homogêneos, as ondas de qualquer natureza se propagam sempre em linha reta.

Vamos estudar dois exemplos que contrariam a hipótese da propagação retilínea.

Exemplos: 1) Num tanque de ondas, consideremos uma fonte F emitindo ondas retas que atingem o obstáculo da figura.

Ao passarem o obstáculo, as ondas sofrem um desvio na direção de propagação, transpondo o obstáculo.

2) Consideremos uma fonte F emitindo ondas retas, que atingem a fenda localizada entre dois obstĂĄculos, conforme a figura.

Se a largura da fenda for menor ou igual ao comprimento da onda incidente, ela transpĂľe o obstĂĄculo.

A este fenômeno denominamos difração.

Difração é o fenômeno pelo qual uma onda tem a capacidade de superar um obstáculo, ao ser parcialmente interrompida por ele.

A difração tem grande importância nos instrumentos astronômicos. Numa luneta, a imagem do ponto luminoso, formada no foco, não é ponto geométrico, mas pequeno disco cuja iluminação diminui desde o centro até os bordos, cercado de uma série de anéis

Brilhantes cujas intensidades luminosas vão diminuindo rapidamente.

A difração de uma onda, através de uma fenda, pode ser aumentada das seguintes formas: -aumentando-se o seu comprimento de onda; -diminuindo-se a largura da fenda A difração de uma onda é explicada pelo princípio de Huygens, pois quando os pontos da fenda são atingidos pela frente de onda, eles se tornam fontes de ondas secundárias, mudando a direção da onda Incidente, fazendo com que transponha o obstáculo.

POLARIZAÇÃO

Suponha que a mão da pessoa indicada na figura realize um MCU em torno do eixo da corda, tendo uma de suas extremidades fixa numa parede e a outra na mão da pessoa.

Obteremos neste caso uma onda que vibra em planos diferentes, denominada onda não-polarizada ou natural.

Neste caso, as partículas da corda vibram em toda as direções perpendiculares à direção de propagação da onda.

Quando a pessoa realiza um movimento vibratório numa única direção que é perpendicular ao eixo da corda, isto é, a mão da pessoa se move verticalmente para cima e para baixo, as partículas da corda vibram numa direção perpendicular à direção de propagação da onda.

Este tipo de onda ĂŠ denominado onda polarizada.

Portanto, polarizar uma onda significa orientá-la numa única direção ou plano.

A polarização das ondas é efetuada por dispositivos chamados polarizadores.

Quando uma onda não-polarizada atravessa uma região em que as partículas podem vibrar somente numa direção, ela se transforma numa onda polarizada;

Colocando-se dois obstáculos, um com uma abertura vertical e o outro com uma abertura horizontal, o segundo obstáculo impede a vibração da corda a partir dele.

A polarização é um fenômeno apresentado somente por ondas transversais, ocorrendo porém com a luz quando atravessa placas chamadas polaróides.

PRINCÍPIO DA SUPERPOSIÇÃO

Quando duas ou mais ondas se propagam, simultaneamente, num mesmo meio, diz-se que há uma superposição de ondas.

Como exemplo, considere duas ondas propagando-se conforme indicam as figuras.

Supondo que atinjam o ponto P no mesmo instante, elas causarão neste ponto uma perturbação que é igual à soma das perturbações que cada onda causaria se o tivesse atingido individualmente, ou seja, a elongação resultante é igual à soma algébrica das elongações que cada onda produzia individualmente no ponto P, no instante considerado.

Após a superposição, as ondas continuam a se propagar com as mesmas características que tinham antes.

Os efeitos são subtraídos (soma algébrica), podendose anular no caso de duas propagações com deslocamento invertido.

ONDAS ESTACIONÁRIAS

São ondas resultantes da superposição de duas ondas de mesma frequência, mesma amplitude, mesmo comprimento de onda, mesma direção e sentidos opostos. Portanto, é um caso particular de superposição de ondas.

Considere uma corda presa numa das extremidades.

Fazendo a outra extremidade vibrar com movimentos verticais periódicos, originam-se perturbações regulares, que se propagam pela corda. Ao atingirem a extremidade fixa, elas se refletem, retornando à corda com sentido de deslocamento contrário ao anterior.

Dessa forma, as perturbações se superpõem às outras que estão chegando à parede, originando o fenômeno da ondas estacionárias.

Uma onda estacionária se caracteriza pela amplitude variável de ponto para ponto, isto é, há pontos da corda que não se movimentam (amplitude nula), chamamos de nós, e pontos que vibram com amplitude máxima, chamamos ventres. É evidente que, entre os nós, os pontos da corda vibram com a mesma frequência, mas com amplitudes diferentes.

Observe que:

1) Como os nós estão em repouso, não pode haver passagem de energia por eles, não havendo, então, numa onda estacionária o transporte de energias; 2) A distância entre dois nós consecutivos vale λ/2.

3) A distância entre dois ventres consecutivos vale λ/2.

4) A distância entre um nó e um ventre consecutivo vale λ/4.

O efeito da superposição de duas ou mais ondas é denominado interferência.

Quando as ondas chegam em fase, a onda resultante é máxima e, neste caso, dizemos que a interferência é construtiva.

Quando as ondas chegam em oposição de fase, os deslocamentos são de sinais opostos e a interferência é dita destrutiva.

Em qualquer nó em que a interferência destrutiva é completa, não há movimento do meio, nem energia.