ONDAS distúrbio / variação de uma grandeza física se propaga

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1 ONDAS distúrbio / variação de uma grandeza física se propaga
distúrbio / variação de uma grandeza física se propaga levam sinais de um lugar a outro transportam energia

2 CONCEITO DE ONDA DOMINÓ LANÇADO ONDA DE DOMINÓS Quando lançamos um dominó iremos transferir energia de um dominó para o outro. Mas para haver essa propagação de energia houve propagação de matéria. Quando empurramos um dominó iremos transferir energia de um dominó para o outro. Mas para haver essa propagação de energia não houve propagação de matéria. ENERGIA Ondas e partículas (objetos) transportam energia. As partículas em movimento também transportam matéria. Uma onda é uma forma de transportar energia sem transporte de matéria.

3 Ondas eletromagnéticas
CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS MECÂNICA: Precisa de um meio material para se propagar: Ondas Mecânicas Som Onda em corda Onda em mola Ondas na água ELETROMAGNÉTICA: Não precisa de um meio material para se propagar Ondas eletromagnéticas luz Raio x Microondas Ondas de rádio Ultra-violeta outras

4 TIPOS DE ONDAS Onda transversal: as partículas do meio vibram numa direção perpendicular à direção de propagação da onda. Fonte se movimenta para cima e para baixo. Partículas do meio movimentam para cima e para baixo. Energia transportada Onda longitudinal: as partículas do meio vibram na mesma direção de propagação da onda. Fonte se movimenta para frente e para trás. Partículas do meio movimentam para frente e para trás. Energia transportada

5 ELEMENTOS DE UMA ONDA Crista da onda Comprimento de onda (λ)
Vale da onda Amplitude A amplitude de uma onda está relacionada com a sua energia. Quando maior a amplitude de uma onda, maior a energia transportada. Comprimento de onda (λ) Rarefação Compressão

6 Período (T): é o tempo gasto para se efetuar uma oscilação completa
Período (T): é o tempo gasto para se efetuar uma oscilação completa. Também podemos dizer que o período é tempo gasto para percorrer uma distância igual a um comprimento de onda. O período é representado pela letra T. No S.I. a unidade de período é o segundo.

7 Freqüência (f): representa quantas oscilações completas uma onda dá a cada segundo. Uma oscilação completa representa a passagem de um comprimento de onda - l . Também pode ser dito que a frequencia representa o número de cristas ou de vales que passam por um ponto em 1 segundo

8 EQUAÇÃO FUNDAMENTAL Enquanto a crista C percorre uma distância igual a λ, o ponto P efetua uma oscilação completa. A onda percorre uma distância igual a λ durante um tempo igual a um período (T). Como, num certo meio, a velocidade de propagação de uma onda é constante: d = V . t λ = V . T λ = V . T → λ = V . Como: T = 1/f Essa equação é válida para qualquer tipo de onda. A velocidade de uma onda depende do meio onde a onda se propaga.

9 VELOCIDADE DE ONDA NUMA CORDA
Uma corda é caracterizada pela sua densidade linear (μ): 1 2 Cordas iguais: V’ > V Maior tensão na corda → maior velocidade. Corda 1 menos densa que corda 2: V’ < V Quanto mais densa → menor a velocidade. 1 2 onde: T = tensão na corda μ = densidade linear

10 ONDAS EM 1 DIMENSÃO 1 - REFLEXÃO
1 - REFLEXÃO a) Extremidade fixa: o pulso sofre reflexão com inversão de fase, mantendo todas as outras características, inclusive sua velocidade:

11 b) Extremidade móvel: o pulso sofre reflexão sem inversão de fase, mantendo todas as outras características, inclusive sua velocidade:

12 2 - REFRAÇÃO É uma mudança no meio de propagação da onda. Uma onda muda de velocidade e de comprimento de onda ao mudar de meio, mas a onda não muda de frequência. As duas cordas estão sujeitas à mesma tensão, mas a densidade da corda grossa é maior. A velocidade na corda mais grossa é menor. Como V = λ. f, se a freqüência não muda (só depende da fonte), diminuindo a velocidade, o comprimento de onda diminui. corda fina corda grossa

13 3 - INTERFERÊNCIA Quando duas ou mais ondas se propagam, simultaneamente, num mesmo meio, diz-se que há uma superposição de ondas. a) Construtiva Se 2 ondas atingem o ponto P no mesmo instante, elas causarão nesse ponto uma perturbação que é igual à soma das perturbações que cada onda causaria se o tivesse atingido individualmente, ou seja, a onda resultante é igual à soma algébrica das ondas que cada uma produziria individualmente no ponto P, no instante considerado. Após a superposição, as ondas continuam a se propagar com as mesmas características que tinham antes.

14 b) destrutiva Os efeitos são subtraídos (soma algébrica), podendo-se anular no caso de duas propagações com deslocamento invertido de mesma amplitude.

15 Quando ocorre o encontro de duas cristas, ambas levantam o meio naquele ponto; por isso ele sobe muito mais. Quando ocorre o encontro entre um vale e uma crista, um deles quer puxar o ponto para baixo e o outro quer puxá-lo para cima. Se a amplitude das duas ondas for a mesma, não ocorrerá deslocamento, pois eles se cancelam (amplitude zero) e o meio não sobe e nem desce naquele ponto.

16 4 – Onda estacionária São ondas resultantes da superposição de duas ondas de mesma freqüência, mesma amplitude, mesmo comprimento de onda, mesma direção e sentidos opostos. Pode-se obter uma onda estacionária através de uma corda fixa numa das extremidades. Com uma fonte faz-se a outra extremidade vibrar com movimentos verticais periódicos, produzindo-se perturbações regulares que se propagam pela corda. Ao atingirem a extremidade fixa, elas se refletem, retornando com sentido de deslocamento contrário ao anterior. As perturbações se superpõem às outras que estão chegando à parede. Há pontos da corda que não se movimentam (amplitude nula), chamados nós (N), e pontos que vibram com amplitude máxima, chamados ventres (V). Entre nós os pontos da corda vibram com a mesma freqüência, mas com amplitudes diferentes.

17 ONDAS NA ÁGUA Pulsos retos Pulsos circulares

18 O estudo de ondas em duas dimensões pode ser realizado usando uma cuba de ondas. O vibrador produz ondas na superfície da água . Sob intensa iluminação, as ondas são projetadas num anteparo. Regiões claras do anteparo correspondem a cristas da onda produzida na cuba de ondas e regiões escuras correspondem aos vales. A distância entre duas regiões claras sucessivas corresponde a λ.

19 Onda reta projetada por uma cuba de ondas.
Onda reta projetada por uma cuba de ondas. Onda circular projetada por uma cuba de ondas.

20 A velocidade de uma onda na água depende da profundidade:
1- REFRAÇÃO A velocidade de uma onda na água depende da profundidade: onde g representa o módulo da aceleração gravitacional e h, a profundidade da água na cuba. Quanto mais rasa for a lâmina de água, menor será o módulo da velocidade de propagação da onda. A fotografia mostra uma onda reta passando da parte mais rasa, para a parte mais funda de uma cuba ondas: Como a onda não muda de frequencia, se a velocidade aumenta, o comprimento de onda aumenta.

21 2- DIFRAÇÃO Difração é a propriedade que uma onda possui de contornar um obstáculo ao ser parcialmente interrompida por ele. O comprimento de onda deve ter a mesma ordem de grandeza da dimensão da abertura. Onda incidente Obstáculo

22 Fotografia mostrando uma onda reta, na superfície da água, sofrendo difração.

23 d λ Pode-se acentuar a difração, aumentando-se o comprimento de onda ou diminuindo-se a largura do orifício.

24 3- INTERFERÊNCIA As duas fontes vibram com a mesma frequencia e batem simultaneamente no líquido. São produzidas cristas e vales simultaneamente. As duas fontes estão em fase:

25 As duas ondas irão se superpor. Abaixo temos fotografia obtida numa cuba de ondas dessa superposição: Podemos observar a presença de linhas que divergem a partir do ponto médio entre as fontes, separando as cristas e vales que se propagam afastando-se das fontes. Estas linhas não se movem e são chamadas de linhas nodais.

26 Nos pontos que constituem as linhas nodais as ondas chegam de tal modo que a crista de uma delas coincide com o vale da outra e, por isso, os deslocamentos que cada uma iria produzir se anulam. Houve interferência destrutiva das ondas, o ponto em repouso é denominado nó e cada linha constituída de nós é uma linha nodal. Entre duas linhas nodais, a crista de uma onda chega juntamente com a crista de outra onda, o mesmo ocorrendo com os vales dessas ondas. Então, nesses pontos, os deslocamentos que cada uma provocaria individualmente se adicionam, gerando duplas cristas e duplos vales que se propagam entre as linhas nodais. Entre as linhas nodais temos uma interferência construtiva das duas ondas, isto é, um ponto nesta posição oscila com uma amplitude igual à somadas amplitudes das ondas que se interferiram.

27 4- INTERFERÊNCIA DA LUZ Em 1820, Thomas Young usou uma tela preta, com um pequeno orifício para produzir um feixe de luz solar estreito em um quarto escuro. Na trajetória o feixe, colocou uma segunda tela preta com dois pequenos orifícios. Por detrás dessa tela colocou outra branca. Os feixes de luz provenientes das duas fendas interferem construtivamente em alguns pontos e destrutivamente em outros. Ao projetar a luz na tela branca forma obtidas manchas claras e escuras alternadas, ou seja, figuras de interferência.

28 L ΔX Medindo-se ΔX, conhecendo os valores de “L” e “d”, podemos calcular o comprimento de onda da luz vermelha. Trocando-se a cor da luz monocromática, ΔX é alterado e o novo comprimento de onda é calculado.

29 Acústica é o estudo das ondas sonoras;
ACÚSTICA Acústica é o estudo das ondas sonoras; Ondas sonoras são mecânicas, longitudinais e tridimensionais; Ondas sonoras não se propagam no vácuo.

30 O som é constituído de pequenas flutuações de pressão de ar.
O som é constituído de pequenas flutuações de pressão de ar. Comprimento de onda Gás comprimido Gás rarefeito compressão Pressão atmosférica tempo rarefação pressão

31  Densidade  velocidade 
A VELOCIDADE DO SOM As ondas sonoras propagam-se em meios sólidos, líquidos e gasosos, com velocidades que dependem das diferentes características dos materiais. De um modo geral, as velocidades maiores ocorrem nos sólidos e as menores, nos gases. A 20°C, o som propaga-se no ferro sólido a 5100m/s, na água líquida a 1450m/s e no ar a 343m/s.  Densidade  velocidade 

32 Meio Temperatura, 0C Metros/segundo ar 331,4 hidrogênio 1286 oxigênio
331,4 hidrogênio 1286 oxigênio 317,2 água 15 1450 chumbo 20 1230 alumínio 5100 cobre 3560 ferro 5130 granito 6000 borracha vulcanizada 54

33 FAIXA AUDÍVEL Infra-som: sons com freqüências abaixo de 20Hz. Não perceptível ao ser humano; Ultra-som: sons com freqüências acima de 20000Hz. Não perceptível ao ser humano; Som audível: sons com freqüências perceptíveis ao ser humano (20Hz a 20000Hz) Infra-som Som audível Ultra-som 20 20.000 f (Hz)

34 Som de maior intensidade
INTENSIDADE DO SOM qualidade que permite diferenciar um som forte de um som fraco. A intensidade do som está relacionada com energia que a onda transfere( com a amplitude da onda). Um som de maior volume Uma onda sonora de maior amplitude. Maior transporte de energia pela onda Som de maior intensidade

35 A intensidade sonora está relacionado a Amplitude da onda.
A intensidade sonora está relacionado a Amplitude da onda. Som fraco Som forte

36 Mínima intensidade física ou limiar de audibilidade (Io): é o menor valor da intensidade física ainda audível, vale: Máxima intensidade física ou limiar de dor (Imáx): é o maior valor da intensidade física suportável pelo ouvido, vale:

37 Número de decibéis de um som de intensidade de 10-7 W/m2:
NIVEL SONORO: É a relação entre a intensidade do som ouvido pela intensidade mínima. Número de decibéis de um som de intensidade de 10-7 W/m2: Número de decibéis de um som de intensidade de 10-4 W/m2: Se um som tem um número de decibéis 30 unidades maior que outro som, ele apresentará vezes mais energia.

38 Show de rock (1 a 2 m da caixa de som) Área residencial à noite
Fonte Sonora Intensidade Sonora (decibéis) Turbina de avião a jato 140 Arma de fogo Serra Elétrica 110 Cortador de grama 107 Show de rock (1 a 2 m da caixa de som) Furadeira Walkman (volume 5) 95 Avenida movimentada 85 Conversação a 1 m 60 Área residencial à noite 40 Fonte: Sociedade Brasileira de Otologia

39 TEMPO DE EXPOSIÇÃO MÁXIMA POR DIA
TEMPO DE EXPOSIÇÃO MÁXIMA POR DIA (EM HORAS) Intensidade Sonora (decibéis) 8 85 6 92 4 95 3 97 2 100 1,5 102 1 105 0,5 110 <1/4 115 Fonte: Sociedade Brasileira de Otologia

40 A ALTURA DO SOM qualidade que permite diferenciar um som de alta freqüência (agudo) de um som de baixa freqüência (grave). A altura do som depende apenas da freqüência. Som alto - Frequência maior - som agudo Som baixo - Frequência menor - som grave As notas musicais possuem alturas sonoras diferentes, isto é, cada nota possui uma freqüência característica. As cores diferentes apresentam frequencias diferentes. agudo grave

41 O TIMBRE DO SOM Qualidade que permite diferenciar duas ondas sonoras de mesma altura e mesma intensidade, emitidos por fontes distintas. O timbre está relacionado à forma da onda emitida pelo instrumento.

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43 REFLEXÃO DO SOM Persistência acústica : menor intervalo de tempo para que dois sons não se separem no cérebro. A persistência acústica do ouvido humano é de 0,1s. Um ouvinte consegue distinguir dois sons distintos desde que os receba em intervalos de tempo maiores (ou iguais) a 0,1s. Esse fato possibilita ao observador perceber o fenômeno do eco. O nosso ouvido só distingue duas vezes seguidas o mesmo som se tiverem uma diferença de 0,10 s. Considerando a velocidade do som no ar igual a 340 m/s, nesse intervalo de tempo, a distância percorrida pelo som é de 34 metros. Para que haja eco, as ondas sonoras devem efetuar duas vezes o mesmo percurso (ir e voltar). Portanto, 17 metros é a distância mínima necessária, entre nós e um obstáculo para conseguirmos ouvir eco. X= 17 m

44 O sonar foi aperfeiçoado por uma equipe de cientistas ingleses em 1939, tendo sido também muito utilizado na Segunda Guerra Mundial. Ultrassons são emitidos por um projetor especial e, quando encontra um obstáculo, refletem-se nele e voltam ao ponto de partida. Essa viagem de ida e volta é que permite determinar a presença do objetos e a sua distância. Essa distância é calculada pelo tempo que a onda sonora leva para chegar até o obstáculo e retornar ao ponto de partida.   É possível também conhecer-se o tipo de obstáculo encontrado: para isso usa-se o hidrofone, uma espécie de microfone ultra-sensível mergulhado na água. O golfinho é que "inventou" o sonar, pois ele emite ultra-sons de baixo da água, para se orientar. E o sonar nada mais é que uma cópia artificial dessa idéia.                        

45 RESSONÂNCIA E FREQUENCIAS NATURAIS
Batendo-se numa das hastes do diapasão, as duas vibram com determinada freqüência (normalmente, 440Hz). Essa é a freqüência natural (ou própria) do diapasão. Todos os corpos possuem uma freqüência própria (prédio, ponte, copo, etc.). A Ressonância é gerada quando uma fonte emite um som de frequência igual à frequência de vibração natural de um receptor. Como em todo tipo de ressonância, ocorre uma espécie de amplificação do som, aumentando a intensidade deste. DIAPASÃO

46 Nos Estados Unidos, a ponte sobre o Estreito de Tacoma, logo após ser liberada ao tráfego, começou a balançar sempre que o vento soprava um pouco mais forte. No dia 7 de Novembro de 1940 aconteceu a ressonância. Inicialmente, a ponte começou a vibrar em modos longitudinais, isto é, ao longo de seu comprimento. Logo apareceram os chamados "modos torsionais", nos quais a ponte balançava para os lados, se torcendo toda. Na ressonância, a amplitude desses modos torsionais aumentou de tal forma que a ponte desabou.

47 A Física sugere que a voz é capaz de quebrar vidro. Cada pedaço de vidro, assim como todos os materiais, possui uma freqüência ressonante. Taças de vinho são especialmente ressonantes devido à sua estrutura tubular interna oca, que produz um som agradável ao tinir. Se uma pessoa conseguir cantar neste tom exato – que de acordo com a lenda é um “Si Maior” mas, na verdade, pode ser qualquer tom – sua voz fará as moléculas do ar em volta da taça vibrarem em uma freqüência, forçando-a a vibrar também. Se a nota for emitida suficiente alta, o copo irá vibrar até quebrar. Em 2005, o programa “Mythbusters” (“Os Caçadores de Mitos)”, do Discovery Channel, recrutou um cantor de rock, Jamie Vendera, e um treinador vocal, para ensiná-lo a destruir cristais. Ele tentou, sem sorte, quebrar 12 taças de vinho, até que encontrou aquela que se estilhaçou com o som. A intensidade sonora foi de 105 decibéis.

48 MICRO-ONDAS O Forno de microondas foi inventado pelo engenheiro Percy Lebaron Spencer e começou a ser utilizada em O componente mais importante do forno de microondas é o magnetron que gera microonda. As microondas são ondas eletromagnéticas e sua frequência é de 2,5 gigahertz. Estas ondas, especificamente nesta freqüência, possuem uma propriedade interessante: são absorvidas pela água, açúcares e lipídeos (gordura). Se a molécula for sujeita a um campo elétrico, ela irá orientar-se de acordo com a direção do campo aplicado. Se aplicarmos um campo elétrico fixo, a molécula irá se orientar apenas uma vez, estabilizando-se. Se atuar um campo elétrico que varie com o tempo, trocando de sentido com grande rapidez (frequencia elevada), a molécula irá oscilar continuamente. As ondas eletromagnéticas são constituídas de campo magnético (aqui irrelevante) e elétrico que trocam de sentido de acordo com a frequencia. Uma molécula sozinha não encontra resistência ao seu movimento, conseguindo orientar-se rapidamente na direção de qualquer campo elétrico. Mas na presença de outras moléculas, uma molécula encontra resistência em se alinhar, atritando outras moléculas. Esse atrito causa aquecimento. Quanto maior a frequencia da onda eletromagnética aplicada, mais rápido o aquecimento. Como os alimentos contêm água, a sua exposição a microondas (ondas eletromagnéticas de alta frequencia) irá aquecê-los. No caso de materiais como plásticos e pratos, eles não aquecem como os alimentos, porque as suas estruturas são apolares, diferentes da água, açúcares e da gordura que são polares.

49 EFEITO DOPPLER O efeito Doppler, para ondas sonoras, constitui o fenômeno pelo qual um observador percebe uma freqüência diferente daquela emitida por uma fonte, devido ao movimento relativo entre eles (observador e fonte). É o que acontece quando uma ambulância, com sua sirene ligada, passa por um observador (parado ou não). Enquanto a ambulância se aproxima, a frequência por ele percebida é maior que a real (mais aguda); mas, à medida que ela se afasta, a frequência percebida é menor (mais grave). Fonte em repouso em relação ao observador.

50 Observador em Repouso e fonte em movimento
Observador em Repouso e fonte em movimento Fonte aproxima-se do observador O1: haverá um encurtamento aparente do comprimento de onda 1, em relação ao  normal. A frequência percebida pelo observador será maior que a frequência real da fonte. Fonte afasta-se do observador O2, haverá um alongamento aparente do comprimento de onda 2, em relação ao  normal. A frequência percebida pelo observador será menor que a frequência real da fonte.

51 Observador em repouso e fonte em movimento
Para o observador O1, que se aproxima de F, haverá um maior número de encontros com as frentes de onda, do que se estivesse parado. A frequência por ele percebida será maior que a normal. Para o observador O2, que se afasta de F, haverá um menor número de encontros com as frentes de onda, do que se estivesse parado. A frequência por ele percebida será menor que a normal.

52 f`= freqüência aparente (percebida pelo ouvinte)
f`= freqüência aparente (percebida pelo ouvinte) f = freqüência real da fonte Aproximação entre e a fonte e o ouvinte: “+” no numerador e “–” no denominador. Afastamento entre a fonte e o ouvinte: “-” no numerador e “+” no denominador.

53 CORDAS VIBRANTES Quando uma corda, tensa e fixa nas extremidades, é posta a vibrar, originam-se ondas transversais que se propagam ao longo do seu comprimento, refletem-se nas extremidades e, por interferência, ocasionam a formação de ondas estacionárias. A corda, vibrando estacionariamente, transfere energia ao ar em sua volta, dando origem às ondas sonoras que se propagam no ar. A freqüência dessa onda é igual à freqüência de vibração da corda. Assim, uma corda vibrante (ou corda sonora) é uma fonte sonora.

54 1o harmônico 2o harmônico 3o harmônico
L 1o harmônico L 2o harmônico f= freqüência de vibração da corda = freqüência da onda sonora produzida pela mesma. L 3o harmônico n= 1; 2; 3.... representa o número do harmônico; V= velocidade da onda na corda; = comprimento de onda da onda na corda;

55 Na harpa todas as cordas são da mesma espessura, mas possuem comprimentos diferentes para possibilitar sons diferentes (mesma Tração  mesma V ; maior comprimento → menor frequencia. No violão todas as cordas são de mesmo comprimento, mas possuem espessuras diferentes para possibilitar sons diferentes (mesmo L  corda mais fina → maior velocidade → maior frequencia.

56 TUBOS SONOROS n= 1; 2; 3...representa o número do harmônico
Se uma fonte sonora for colocada na extremidade aberta de um tubo, as ondas sonoras emitidas irão superpor-se às que se refletirem nas paredes do tubo, produzindo ondas estacionárias com determinadas freqüências. Uma extremidade aberta sempre corresponde a um ventre (interferência construtiva) e a fechada, a um nó (interferência destrutiva). TUBO ABERTO L 1 /2 L 2 /2 L 3 /2 n= 1; 2; 3...representa o número do harmônico

57 n=1 ; 3 ; 5 ...  representa o número do harmônico.
TUBO FECHADO L 1 /4 L 3 /4 L 5 /4 No tubo fechado, obtêm-se freqüências naturais apenas dos harmônicos ímpares. n=1 ; 3 ;  representa o número do harmônico.