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COMUNICAÇÃO DE INFORMAÇÃO A CURTAS DISTÂNCIAS. TRANSMISSÃO DE SINAIS Vivemos na era das comunicações … GPS… Processo de envio propositado de informação.

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1 COMUNICAÇÃO DE INFORMAÇÃO A CURTAS DISTÂNCIAS

2 TRANSMISSÃO DE SINAIS Vivemos na era das comunicações … GPS… Processo de envio propositado de informação Comunicação TV Telemóvel Internet Pode fazer-se a distâncias curtas Pode fazer-se a distâncias longas

3 Emissor TRANSMISSÃO DE SINAIS Processo de comunicação Produz um sinal (que contém a informação a transmitir) Receptor Recebe e interpreta esse sinal O sinal emitido pela fonte propaga-se no espaço, o que requer algum tempo pois essa informação nunca é instantânea

4 TRANSMISSÃO DE SINAIS Transmissão de Informação para o caso do Som Uma característica que permite detectar sinais à nossa volta é a sua possibilidade de perturbar.

5 Sinal TRANSMISSÃO DE SINAIS Perturbação de qualquer espécie que é usada para comunicar (transmitir) uma mensagem ou parte dela Em termos formais, é uma função que veicula informação acerca de um determinado fenómeno físico.

6 TRANSMISSÃO DE SINAIS Árbitro que levanta a bandeira Exemplos de sinais: Duas pessoas a conversarem Mergulhador que puxa a corda Sinais de fumo Toque da campainha na escola

7 TRANSMISSÃO DE SINAIS Ao serem emitidos os sinais propagam-se percorrendo certas distâncias Os sinais sonoros emitidos pelo violino propagam-se na sala do concerto Os sinais luminosos do farol servem para transmitir informações aos navios que se encontram distantes Os sinais electromagnéticos propagam-se no espaço até atingir a antena da televisão Em geral, para comunicar é preciso que uma perturbação se propague.

8 TRANSMISSÃO DE SINAIS Como é que os sinais se propagam? Os sinais propagam-se no espaço e no tempo por meio de movimentos ondulatórios. Exemplo: Perturbação na superfície da água. Quando uma gota cai na superfície da água provoca uma onda circular (a perturbação é transmitida em todas as direcções).

9 TRANSMISSÃO DE SINAIS Ao colocarmos uma rolha sobre a superfície da água, esta movimenta-se para cima e para baixo, enquanto por ela passa o movimento ondulatório. Houve transferência de energia para a rolha por parte da onda A rolha oscila sem se movimentar na direcção da propagação, isto significa que a água não flúi. Não há deslocamento de matéria

10 As ondas produzidas num líquido provocam oscilações nas partículas que o constituem (representadas pelos círculos amarelos) TRANSMISSÃO DE SINAIS As oscilações tanto podem ser paralelas como perpendiculares à direcção de propagação do movimento ondulatório Numa onda há propagação de energia, de uma região do espaço para outra, mas não há deslocamento de matéria. Há apenas oscilações das partículas. Uma onda permite transferir energia, transmitir informação.

11 Um fenómeno ondulatório caracteriza-se pela existência de uma perturbação inicial que altera localmente uma propriedade física do meio e pela propagação dessa perturbação através do meio Os sinais podem originar ondas que se propagam no espaço e no tempo. TRANSMISSÃO DE SINAIS A propagação de um sinal nunca é instantânea Esta demora um intervalo de tempo a percorrer uma certa distância Velocidade de Propagação

12 TRANSMISSÃO DE SINAIS A velocidade de propagação de um sinal varia consoante o meio em que se propaga. A velocidade de propagação de uma onda depende das propriedades físicas do meio e não depende da quantidade de energia transferida inicialmente

13 TRANSMISSÃO DE SINAIS Resumindo: Em geral, a interpretação da propagação de um sinal por meio do modelo ondulatório tem algumas características: A transmissão de um sinal faz-se de um ponto para o outro no espaço e no tempo sem que haja transferência de matéria. Há transferência de energia durante a propagação de um sinal. Um sinal demora um certo tempo a percorrer um espaço e, consequentemente, pode ser-lhe atribuída uma velocidade de propagação. Esse sinal transmite-se com velocidade diferente em diferentes meios.

14 TRANSMISSÃO DE SINAIS Tipos de sinais: Sinais ininterruptos durante um longo período de tempo. ContínuosPulsos Sinais de curta duração que ocorrem em intervalos de tempo reduzidos e em diferentes instantes

15 TRANSMISSÃO DE SINAIS Tipos de sinais: Periódicos Sinais que são repetidos ao fim de intervalos de tempo iguais Não periódicos (aperiódicos) Sinais que se repetem mas em intervalos de tempo diferentes.

16 TRANSMISSÃO DE SINAIS As ondas podem ser classificadas em relação ao meio de propagação e em relação ao modo de propagação

17 TRANSMISSÃO DE SINAIS Exemplos de ondas longitudinais Ondas sonoras Ondas sísmicas no interior da Terra Exemplos de ondas transversais Ondas electromagnéticas Ondas sísmicas à superfície da Terra Um caso particular: a onda sinusoidal As vibrações das cordas de uma guitarra produzem no meio elástico (ar) perturbações rítmicas, regulares e contínuas Originam sinais sonoros que são periódicos.

18 TRANSMISSÃO DE SINAIS Um caso particular: a onda sinusoidal Um sinal repetido a intervalos regulares origina uma onda periódica.

19 Período (T) - Intervalo de tempo correspondente a uma vibração completa ou ciclo. Exprime-se em segundos, no SI Características das ondas Frequência (f) - Número de vibrações ou, cic1os, efectuadas por unidade de tempo. Exprime-se em segundo-1 ou hertz, no SI Comprimento de onda ( ) - Distância entre dois pontos consecutivos, na mesma fase de vibração. Exprime-se em metros, no SI. Velocidade de onda (v) - Quociente entre a distância percorrida e o intervalo de tempo correspondente. Exprime-se em metro por segundo, no SI Amplitude (A) - Deslocamento máximo, em relação à posição de equilíbrio. Exprime-se em metro, no SI Intensidade da onda (I) - é proporcional ao quadrado da amplitude da onda. É a energia por unidade de tempo e por unidade de área TRANSMISSÃO DE SINAIS

20 Relação entre a frequência e o período de uma onda Relação entre a velocidade, frequência e o comprimento de onda Relação entre a velocidade, o comprimento de onda e o período Uma onda é caracterizada pela sua frequência (f), pois esta grandeza é independente do meio onde a onda se propaga. A periodicidade no tempo de uma onda periódica associa-se ao respectivo período. A periodicidade no espaço de uma onda periódica associa-se ao seu comprimento de onda

21 TRANSMISSÃO DE SINAIS Exemplo 1 Um bloco de massa m, assente num plano horizontal sem atrito, encontra-se preso a uma mola. Se, ao puxarmos a mola, o afastarmos da posição de equilíbrio e o abandonarmos em seguida, o bloco passará a executar oscilações livres, em torno dessa posição O corpo executa um movimento oscilatório harmónico simples.

22 TRANSMISSÃO DE SINAIS O deslocamento do corpo que oscila pode ser descrito em função do tempo. Como o movimento é periódico, é de esperar que as leis do movimento sejam expressas por funções igualmente periódicas. A elongação, (o afastamento em relação à posição de equilíbrio), em cada instante pode ser descrito pela função y = f (t) : y = A sen w t Unidades no Sistema Internacional Y – Elongação do corpo oscilante. O seu valor máximo coincide com A e o mínimo com -A metro (m) A – Amplitude das oscilações metro (m) W – Velocidade angular ou frequência angular radiano por segundo (rads -1 ) t – Tempo segundo (s)

23 TRANSMISSÃO DE SINAIS T é o período do movimento periódico e f é a respectiva frequência Nota: As funções trigonométricas senos e co-senos são chamadas funções harmónicas. Por isso, os movimentos descritos pela lei anterior são chamados harmónicos. Exemplo 2 Onda harmónica - representa a propagação de um sinal harmónico simples com uma dada frequência.

24 TRANSMISSÃO DE SINAIS O sinal de rádio é um sinal harmónico caracterizado pela sua frequência (a frequência desse sinal não varia entre o emissor e o receptor). O período, T, a frequência, f, e a amplitude, A, de uma onda harmónica dependem do sinal emitido pela fonte Duas ondas da mesma frequência, propagando-se em meios diferentes, possuem comprimentos de onda diferentes, pois v = f O comprimento de onda,, depende da fonte e das propriedades do meio. Há muitos tipos de ondas harmónicas. Mas todas têm uma origem comum: um sinal harmónico proveniente de um oscilador.

25 Som – produção e propagação de um sinal sonoro Todos os sons são produzidos por fontes sonoras. Um diapasão é constituído por uma barra de aço que tem duas extremidades em forma de U. Cada diapasão emite sempre o mesmo som quando tocas nele com um martelo O elástico produz sons quando o puxas e depois o largas rapidamente Uma lâmina metálica produz sons quando puxas a extremidade livre e, em seguida a soltas Da vibração do elástico, do diapasão e da lâmina metálica produzem-se sons

26 Som – produção e propagação de um sinal sonoro Nas fontes sonoras ocorrem vibrações de meios materiais elásticos que se transmitem por ondas. Sinal sonoro Resultado de uma vibração Pode originar Onda periódica Pode visualizar-se a onda sonora produzida por um diapasão e medir-se a sua frequência de vibração num osciloscópio A frequência e a amplitude da fonte sonora determinam a frequência e amplitude da onda sonora

27 Como se interpreta o mecanismo de propagação do sinal sonoro como uma onda longitudinal? O som a propagar-se num meio mecânico é semelhante a uma onda longitudinal a propagar-se ao longo de uma mola Existem sucessivas compressões/rarefacções das partículas do meio. Existem grupos de espiras alternadamente comprimidas ou distendidas (que voltam a um mesmo estado de compressão ou distensão). Som – produção e propagação de um sinal sonoro

28 Tal como numa mola, o sinal sonoro propaga-se por sucessivas compressões e rarefacções das partículas do meio Diapasão a vibrar Som – produção e propagação de um sinal sonoro Como se interpreta o mecanismo de propagação do sinal sonoro como uma onda longitudinal?

29 A onda sonora formada a partir da extremidade do diapasão, produz um vaivém alternado das partículas do ar cada molécula efectua deslocamentos infinitesimais em torno da posição de equilíbrio (gráfico A). Som – produção e propagação de um sinal sonoro Como se interpreta o mecanismo de propagação do sinal sonoro como uma onda longitudinal?

30 Como consequência desses movimentos, o meio experimenta variações periódicas de pressão a pressão do ar, em cada local, varia alternadamente, aumentando e diminuindo no decorrer do tempo (gráfico B). Som – produção e propagação de um sinal sonoro Como se interpreta o mecanismo de propagação do sinal sonoro como uma onda longitudinal?

31 Som – produção e propagação de um sinal sonoro Como se interpreta o mecanismo de propagação do sinal sonoro como uma onda longitudinal? A variação de pressão é nula quando o deslocamento devido ao vaivém da molécula a vibrar tem o valor máximo. A comparação entre os dois gráficos permite afirmar: A variação de pressão é máxima quando o deslocamento da molécula a vibrar é nulo.

32 É curioso que o gráfico B tenha um aspecto transversal. No entanto, representa uma onda longitudinal. A curva representa o aumento ou a diminuição da pressão do ar e não o movimento do ar para cima e para baixo. Som – produção e propagação de um sinal sonoro Nos meios gasosos é costume caracterizar a propagação dos sinais sonoros pelas variações de pressão Isto porque são essas variações de pressão que permitem a detecção dos sinais, quer pelos ouvidos, quer por microfones O sinal sonoro resulta da vibração de um meio mecânico ou de uma perturbação mecânica que se propaga até aos detectores (que podem ser os nossos ouvidos ou por exemplo um microfone), através de ondas que são um caso particular de ondas longitudinais.

33 Som – produção e propagação de um sinal sonoro A velocidade de propagação das ondas sonoras é independente da fonte sonora Depende da natureza do meio material elástico que vibra. A velocidade de propagação do som nos sólidos é maior do que nos líquidos, sendo menor nos gases No ar, para qualquer frequência, a velocidade de propagação do som depende das condições atmosféricas, tais como a humidade e a temperatura É independente da frequência

34 Som – produção e propagação de um sinal sonoro As ondas sonoras não se propagam no vazio – é sempre necessário um meio material para o som se propagar. O som ou qualquer onda mecânica é um fenómeno de transferência de energia entre as partículas constituintes de um meio material elástico, sem que exista transporte destas. A vibração do ar atinge os ouvidos de quem escuta mas o ar não se move até eles

35 Som – produção e propagação de um sinal sonoro Espectro sonoro O espectro sonoro é o conjunto das frequências de todas as ondas sonoras

36 Som – produção e propagação de um sinal sonoro Os sons são percepcionados de maneira diferente pelos diversos animais Os infra-sons e os ultra-sons não provocam sensação auditiva no ouvido humano

37 Som – produção e propagação de um sinal sonoro Propriedades do som Altura Está associada à frequência da onda sonora Quanto maior a frequência, mais agudo é o som Quanto menor a frequência, mais grave é o som Altas frequências: Sons agudos Baixas frequências: Sons graves

38 Som – produção e propagação de um sinal sonoro Propriedades do som Intensidade Está associada à amplitude da onda sonora Quanto maior a amplitude da onda, mais forte é o som Som fraco: pequena amplitude Som forte: grande amplitude

39 Som – produção e propagação de um sinal sonoro Propriedades do som

40 Som – produção e propagação de um sinal sonoro Propriedades do som

41 Som – produção e propagação de um sinal sonoro Propriedades do som Timbre Está associado à complexidade do som Depende da forma da onda sonora Permite distinguir os sons produzidos por diferentes instrumentos

42 FIM


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