1.1. Ondas

UNIDADE 1 ONDUL ATÓRIA 1.1. Ondas

Onda é uma perturbação que se propaga em um meio de tal modo que, em qualquer ponto do meio, as grandezas físicas correspondentes são função do tempo e em qualquer instante são funções da posição do ponto considerada.

Uma onda é uma propagação exclusiva de energia sem envolver

transporte de matéria.

NATUREZA DAS ONDAS

Existem ondas que só se propagam quando existe um meio material: são as ondas MECÂNICAS ou ELÁSTICAS. Ex.: ondas sonoras, ondas na superfície da água, ondas numa corda de um violão.

ONDAS ELETROMAGNÉTICAS são aquelas originadas por cargas elétricas oscilantes, como, por exemplo, elétrons oscilando na antena transmissora de uma estação de rádio ou TV. Elas não necessitam obrigatoriamente de um meio material para se propagarem.

OBSERVAÇÃO

O espectro eletromagnético é a distribuição das ondas eletromagnéticas, visíveis e não visíveis, de acordo com a frequência e o comprimento de onda característico de cada radiação. As ondas eletromagnéticas são aquelas que se propagam independentemente da presença de um meio material e possuem velocidade máxima, referente à propagação no vácuo, de 300.000 km/s OU 3X 108 m/s, também conhecida como C a

velocidade da luz no vácuo

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TIPOS DE ONDAS

Disponível em: http://www.explicatorium.com Ondas Longitudinais: são aquelas em que a direção de propagação da onda coincide com a direção de vibração. Exemplos: Ondas sonoras.

Ondas Transversais: são aquelas em que a direção de propagação da onda é perpendicular à direção de vibração. Exemplos: Ondas em corda e ondas na água.

ELEMENTOS DE ONDAS

Disponível em: http://www.explicatorium.com Comprimento de onda (): é a distância percorrida pelo abalo, com velocidade constante, no decurso de um intervalo de tempo igual a um período T. Pode ser medido a partir da distância entre duas cristas ou dois vales.

A (amplitude da onda): o maior valor da elongação. Está relacionada com a energia transportada pela onda.

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PERÍODO (T): Tempo de uma oscilação completa; FREQUÊNCIA (f): Número de oscilações completas por segundo (Hz);

f = Frequência da onda (Hz) T = Período da onda (s)

V

v = Velocidade da onda (m/s)  = Comprimento de onda (m)

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO

1. (UFSM) A figura abaixo mostra uma onda com período de 0,5s, propagando-se em uma corda. A velocidade de propagação da onda, em m/s é: a) 0,2 b) 1,0 V c) 1,5 d) 2,0 e) 2,5 2. (UFSM) A Rádio Universidade transmite através de ondas eletromagnéticas com frequência de 800khz. Para essa frequência, o comprimento de onda é: a) 3,75 x 103 m b) 3,75 x 102 m c) 3,75 x 101 m d) 3,75m e) 3,75 x 10-1 m

0,5m

Gabarito dos exercícios de fixação: 1. B | 2. B

REFLEXÃO E REFRAÇÃO DE PULSOS

- REFLEXÃO: ocorre quando o pulso atinge a extremidade do meio em que se propaga e retorna em sentido contrário.

Disponível em: http://soumaisenem.com.br Reflexão em extremo fixo: o pulso refletido sofre inversão com o pulso incidente.

Reflexão em extremo livre: o pulso refletido está em concordância (não sofre inversão) com o pulso incidente.

Na reflexão como não acontece mudança de meio de propagação, a velocidade, a frequência e o

comprimento da onda não se alteram.

- REFRAÇÃO: Ocorre quando o pulso alcança a fronteira do meio em que está se propagando, atingindo outro com características diferentes.

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Quando a inércia do segundo meio é menor que a do primeiro, o pulso refletido apresenta-se como se a junção dos meios fosse um extremo livre (não sofre inversão). Quando a inércia do segundo meio é maior que a do primeiro, o pulso refletido apresenta-se como se a junção dos meios fosse um extremo fixo (sofre inversão).

OBSERVAÇÃO

 Na refração a mudança de meio de propagação implica em mudança de velocidade de propagação para

um pulso ou onda.

 A frequência de uma onda ou pulso refratado não se altera ao mudar o meio de propagação. A frequência de uma onda só depende da fonte geradora da onda.

 Na refração o comprimento de onda é alterado. Aumentando a velocidade, aumenta o comprimento de onda. Se na refração diminuir a velocidade de propagação diminui o comprimento de onda.

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO

1. (UFSM) Quando uma onda sonora passa do ar para a água, a) A frequência permanece constante. b) A frequência e a velocidade de propagação variam em função do meio. c) A frequência varia com o meio. d) O comprimento de onda permanece constante. e) A velocidade de propagação permanece constante.

2. (UFSM) Ondas sonoras produzidas por fontes diferentes, propagando-se no mesmo meio, possuem, necessariamente, o (a) mesmo (a): a) Frequência. b) Período. c) Comprimento de onda. d) Velocidade. e) Número de harmônicos 3. (UCPEL) O comprimento de onda de uma onda transversal que se propaga com velocidade constante igual a:

a) Menor distância entre duas partículas do meio, que em determinado instante têm a mesma fase; b) Distância percorrida pela onda durante meio período. c) Distância percorrida pela onda na unidade de tempo d) Menor distância entre duas partículas do meio, que em determinado instante têm velocidades de mesmo módulo e sentidos opostos. e) Razão entre a distância percorrida pela onda durante um período e o correspondente período

Gabarito dos exercícios de fixação: 1. A| 2. D| 3. A DIFRAÇÃO

O fenômeno denominado difração nada mais é do que o desvio ou espalhamento sofrido pela onda quando esta contorna ou transpõe obstáculos colocados em seu caminho. Podemos dizer que tal fenômeno acontece com todos os tipos de ondas e é facilmente perceptível em se tratando de ondas sonoras. Um exemplo da difração sonora é quando estamos ouvindo uma música sendo tocada do outro lado de um muro.

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A difração é a propriedade que as ondas têm de contornar obstáculos ou passar por um orifício quando são parcialmente interrompidas por ele.

OBSERVAÇÃO

 A difração será tanto mais intensa quanto maior for o comprimento de onda quando comparado ao tamanho do obstáculo. Em outras palavras,

a onda contorna mais facilmente os obstáculos quando estes são

pequenos, se comparados ao comprimento de ondas das ondas.

INTERFERÊNCIA

É o fenômeno originado pela superposição de dois ou mais movimentos ondulatórios, em que se encontram se propagando num mesmo meio.

Interferência construtiva: Ocorre quando as duas ondas que se superpõem têm a mesma fase dando origem a uma onda de amplitude maior que a das ondas originais.

Interferência destrutiva: Acontece quando duas ondas que se encontram inicialmente em oposição de fase se encontram. Nesse caso a amplitude da onda resultante é menor do que a amplitude das ondas que se superpõem.

Interferência no cotidiano

A Interferência vem de movimentos ondulatórios, e ela se encaixa muito bem no ramo de telecomunicações no qual ela tem uma grande importância pela limitação no tráfego das informações, produzindo ruídos e outros tipos de interferências que podem ser reduzidos com certos tipos de modulação.

Existem muitos problemas com interferências na comunicação das torres de controle com as aeronaves, decorrente muitas vezes de rádios piratas e etc.

Adaptado de: https://pt.wikipedia.org

OBSERVAÇÃO

Em 1801 o físico e médico inglês Thomas Young foi o primeiro a demonstrar com resultados experimentais o fenômeno da interferência luminosa para a luz.

Na experiência realizada por Young, são utilizados três anteparos, sendo o primeiro composto por um orifício, onde ocorre difração da luz incidida, o segundo, com dois orifícios, postos lado a lado, causando novas difrações. No último, são projetadas as manchas causadas pela interferência das ondas resultantes da segunda difração.

Ao substituírem-se estes orifícios por fendas muito estreitas, as manchas tornam-se franjas, facilitando a visualização de regiões mais bem iluminadas (máximos de interferência) e regiões mal iluminadas (mínimos de interferência).

RESSONÂNCIA

Em geral, sempre que um corpo capaz de oscilar está sujeito a uma série periódica de impulsos, tendo uma frequência igual a uma das frequências naturais de oscilação do corpo, este entra em oscilação com uma amplitude relativamente grande. Este fenômeno é chamado ressonância. Literalmente, ressonância é uma espécie de “indução à vibração”, mas só acontece se for obedecida a seguinte relação:

A frequência do indutor deve ser igual à frequência do induzido.

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Leitura Complementar: Como Funciona o Forno de Micro-ondas?

Micro-ondas são ondas eletromagnéticas de alta frequência, como as de rádio. Em 1939, o físico americano Albert Wallace Hull desenvolveu o magnetron, um gerador de micro-ondas para radar. Dez anos depois, o engenheiro Percy Lebaron Spence, seu conterrâneo, percebeu, por acaso, que um copo de leite se aquecia quando próximo de um magnetron. Diretor de uma indústria eletrônica, Spencer logo vislumbrou as possibilidades culinárias desse gerador. Assim surgiu, no início dos anos 50, o primeiro forno de micro-ondas. “O magnetron recebe, de um transformador, uma tensão fixa de cerca de 400 volts e gera dentro do aparelho ondas eletromagnéticas de 2 450 GHz, a mesma frequência de ressonância das moléculas de água”, afirma o engenheiro Marco Antônio Dalpossi, da Escola Politécnica da USP.

Essas ondas são refletidas várias vezes nas paredes metálicas do forno sobre o alimento, fazendo vibrar as moléculas de água contidas nele. A fricção entre elas produz calor, cozinhando o alimento. As micro-ondas têm alta capacidade de penetração na comida, o que possibilita o cozimento por dentro e não a partir da superfície, como ocorre nos fornos convencionais. Além disso, não fazem vibrar as moléculas de vidro ou plástico, que não se aquecem no interior do forno. Para evitar o vazamento das micro-ondas, o aparelho possui uma grade de metal colada junto ao vidro da porta: os espaços entre as malhas dessa grade são menores que as micro-ondas. Além de fornos e radares, as micro-ondas são usadas também em sistemas de telecomunicações, como nas transmissões por satélite e na telefonia celular.

FONTE: https://mundoestranho.abril.com.br

POLARIZAÇÃO

A polarização de uma onda é um fenômeno que só ocorre em ondas transversais. Consiste em se converter, através de um polarizador, infinitos planos de vibração, num único plano de vibração, como ocorre com a corda mostrada abaixo.

Disponível em: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br O fenômeno da polarização consiste em impedir a passagem de ondas transversais que possuam determinada direção de propagação por meio de um filtro

denominado de polarizador

Leitura Complementar: Filtros de Polarização

Os filtros de polarização restringem a passagem das ondas eletromagnéticas em alguma direção. Esses filtros podem ser encontrados, por exemplo, em máquinas fotográficas, para restringir a passagem da luz em alguma direção e então melhorar o brilho. Podem ser também encontradas no cinema, em Óculos 3D.

Em filmes 3D no cinema, a imagem é emitida por 2 projetores (Estereoscopia), sendo que um deles projeta apenas ondas verticais e o outro em um ângulo diferente, projeta as ondas horizontais. O Óculos 3D, que possui um polarizador, seleciona essas 2 ondas e as transforma na imagem “3D” dando um aspecto de profundidade ao filme.

FONTE: https://mundoestranho.abril.com.br