Ciências da Natureza e suas Tecnologias - FÍSICA Ensino Médio, 2ª Série ONDULATÓRIA

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória APRESENTAÇÃO No estudo dos movimentos oscilatórios, estão fundamentados alguns dos maiores avanços para a ciência, como a primeira medição com precisão da aceleração da gravidade, a comprovação científica da rotação da Terra, além de inúmeros benefícios tecnológicos, como a invenção dos primeiros relógios mecânicos (1).

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória ONDA É uma perturbação que se propaga em um meio, determinando a transferência de energia, sem transporte de matéria. Em relação à direção de propagação da energia nos meios materiais elásticos, as ondas são classificadas em (2):   Unidimensionais Bidimensionais Tridimensionais

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória NATUREZA DAS ONDAS 1. Ondas mecânicas: são aquelas originadas pela deformação de uma região de um meio elástico e, para se propagarem, necessitam de um meio material. Elas não se propagam no vácuo. O som, ondas numa corda, ondas na superfície de um lago são exemplos de ondas mecânicas (3).

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória 2. Ondas eletromagnéticas: são aquelas originadas por cargas elétricas oscilantes. Propagam-se no vácuo e em certos meios materiais. Luz, ondas de rádio, micro-ondas, raios X e raios  são exemplos de ondas eletromagnéticas (4).

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Tipos de onda   1. Ondas transversais: são aquelas em que a direção de propagação é perpendicular à direção de vibração. 2. Ondas longitudinais: são aquelas em que a direção de propagação coincide com a direção de vibração. 3. Ondas mistas: são aquelas em que as partículas do meio vibram transversal e longitudinalmente ao mesmo tempo (5).

Componentes de uma onda FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Componentes de uma onda   Uma onda é formada por alguns componentes básicos que são (6): Imagem: Kraaiennest / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Tradução Nossa. elevação comprimento de onda amplitude crista vala

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória COMPRIMENTO DE ONDA É denominado comprimento da onda e expresso pela letra grega lambda (λ), a distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos (7). Imagem: Kraaiennest / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Tradução Nossa. elevação comprimento de onda amplitude crista vala

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Para o estudo de ondas bidimensionais e tridimensionais, são necessários os conceitos de: 1. Frente de onda: é a fronteira da região ainda não atingida pela onda com a região já atingida (8).

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Texto extraído do site:http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Ondas/classificacao2.php 2. Raio de onda: é possível definir como raio de onda a linha que parte da fonte e é perpendicular às frentes de onda, indicando a direção e o sentido de propagação. Raio da onda Frente da onda Fonte Imagem: Fffred / Public Domain.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Princípio de Huygens Estabelece que, num movimento ondulatório progressivo, cada ponto de uma frente de onda se comporta como centro emissor de novas ondas com igual período.

Propagação de um pulso em meios unidimensionais FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Propagação de um pulso em meios unidimensionais   Considere uma corda homogênea, de seção transversal constante, de massa m e comprimento L. Chama-se densidade linear de massa a grandeza que é dada por: A densidade linear de massa representa a massa da corda por unidade de comprimento. Sua unidade no SI é o Kg/m.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória A velocidade de propagação do pulso na corda depende apenas da força de tração (T) e da densidade linear da corda, sendo dada por:

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Reflexão de pulsos   Quando um pulso atinge a extremidade de uma corda, verifica-se que ele retorna, propagando-se de volta para a fonte. Esse fenômeno é denominado reflexão de um pulso e ocorre quer a extremidade da corda esteja fixa ou livre (9).

Em extremidade fixa, ocorre reflexão com inversão de fase. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Em extremidade fixa, ocorre reflexão com inversão de fase. somente ondas transversas invertida onda refletida crista - vala onda incidente Limite fixo (sem movimento no fim) Imagem: Katieanddanielle / GNU Free Documentation License. Tradução Nossa.

Em extremidade livre, ocorre reflexão sem inversão de fase. FÍSICA, 2ºAno do Ensino Médio Ondulatória Em extremidade livre, ocorre reflexão sem inversão de fase. somente ondas transversas invertida onda refletida crista - vala onda incidente Limite fixo (sem movimento no fim) Imagem: Katieanddanielle / GNU Free Documentation License. Tradução Nossa.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Refração de pulsos   Considere agora um sistema formado por duas cordas com densidades lineares diferentes. Uma extremidade desse sistema é fixa e, na outra, faz-se um movimento brusco, originando um pulso. Quando o pulso atinge a junção das cordas, observa-se que ele é transmitido de uma corda para outra.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Esse fenômeno chama-se refração do pulso. Ao mesmo tempo, observa-se que um pulso refletido aparece na junção, movimentando-se em sentido oposto ao pulso incidente.   Da figura acima, podemos observar que o pulso refratado não sofre inversão de fase. Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Relação entre a velocidade de propagação da onda, o comprimento da onda e o período: ou

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Reflexão de ondas   Na reflexão de ondas, o ângulo de reflexão r é igual ao ângulo de incidência i e na frequência, a velocidade de propagação e o comprimento de onda não variam. Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Refração de ondas É o fenômeno no qual uma onda, ao incidir numa superfície, muda seu meio de propagação, alterando-se a velocidade e o comprimento de onda, mas se mantendo constante a frequência da onda (10).

Sendo 1 o meio de incidência e 2 o meio de emergência: FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Sendo 1 o meio de incidência e 2 o meio de emergência: Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Difração   É o fenômeno pelo qual as ondas conseguem contornar obstáculos. É tanto mais acentuado quanto maior o comprimento de onda. Por isso, a difração sonora é mais acentuada e mais facilmente perceptível que a difração luminosa (11). Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Polarização A polarização é um fenômeno ondulatório característico das ondas transversais como as ondas luminosas. Por esse fenômeno, a luz natural, cujas ondas vibram em todas as direções, pode ser transformada numa onda plano-polarizada, na qual as ondas apresentam um único plano de vibração (12).

Vejamos a seguinte situação de polarização de uma onda: FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Vejamos a seguinte situação de polarização de uma onda: Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Princípio da superposição A perturbação da onda resultante em cada ponto do meio, durante a superposição, é a adição das perturbações que seriam causadas pelas ondas separadamente.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Interferência É o fenômeno resultante da superposição de duas ou mais ondas. Onda estacionária Figura de interferência determinada pela superposição de ondas de mesma frequência f, mesmo comprimento de onda λ e mesma amplitude a que se propagam em sentidos opostos num mesmo meio.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Por exemplo, a onda estacionária pode ser obtida numa corda tensa, pela superposição das ondas incidentes e refletidas numa extremidade fixa. Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido.

N (nós ou nodos): pontos da corda que não vibram. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Onde: V (ventres): pontos da corda que oscilam com amplitude máxima (A = 2a). N (nós ou nodos): pontos da corda que não vibram.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Interferência em duas dimensões Considere duas fontes F1 e F2 produzindo ondas com frequência e amplitude iguais e em fase. ∆ = x2 - x1: diferença entre os caminhos percorridos pelas ondas que se superpõem em P. Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido.

Ondas em fase: • interferência construtiva • interferência destrutiva FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Ondas em fase: • interferência construtiva • interferência destrutiva (p : número par) (i : número ímpar)

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Ondas em oposição de fase: • interferência construtiva • interferência destrutiva (i : número ímpar) (p : número par)

Interferência em ondas luminosas FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Interferência em ondas luminosas Experiência de Young (interferência de ondas luminosas em fase) A interferência de ondas luminosas demonstrando que a luz é um fenômeno ondulatório foi comprovada por Thomas Young. Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória • Franja clara: interferência construtiva • Franja escura: interferência destrutiva (p : número par) (i : número ímpar)

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Anéis de Newton (interferência numa lâmina de ar de espessura variável)   Newton obteve experimentalmente uma figura de interferência numa lâmina de ar de espessura variável que se tornou conhecida como anéis de Newton. ponto de contato lente plano-convexa Imagem: Björn Nordberg / GNU Free Documentation License. Tradução Nossa.

Anéis de Newton observados por luz refletida FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória  Anéis de Newton observados por luz refletida Anéis de Newton observados por luz transmitida   Anéis de Newton observados por luz refletida Anéis de Newton observados por luz refletida Imagens (de cima para baixo): [a] Winnie Summer / GNU Free Documentation License; [b] Warrencarpani / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication.

Vamos praticar? Agora é a sua vez! FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Vamos praticar? Agora é a sua vez! 01. Isoldinha brinca produzindo ondas ao bater com uma varinha na superfície de um lago. A varinha toca a água a cada 5 segundos. Se Isoldinha passar a bater a varinha na água a cada 3 segundos, as ondas produzidas terão maior   comprimento de onda. frequência. período. velocidade.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória 02. Em locais baixos como num vale, captam-se mal sinais de TV e de telefone celular, que são sinais de frequência alta, mas captam-se bem sinais de rádio de frequência baixa. Os sinais de rádio de frequência baixa são melhor captados porque ————— mais facilmente. a) refletem b) refratam c) difratam d) polarizam e) reverberam

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Sugestão de leitura “Escalas musicais imitam a fala humana” de Reinaldo José Lopes. Disponível em http://www1.folha.uol.com.br/folhaciencia/ult306u9844.shtml (Acesso em 31 de março de 2010).

Tabela de Imagens Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso   7 e 8 Kraaiennest / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sine_wave_amplitude.svg 27/03/2012 10 Fffred / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Spherical_wave.svg 15 Katieanddanielle / GNU Free Documentation License. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Inverted_Reflection.PNG 16 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Erect_Reflection.PNG 18, 20, 22, 23, 25, 28, 29, 31 e 34. SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido. Acervo SEE-PE 03/04/2012 36 Björn Nordberg / GNU Free Documentation License. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Newtonringar1.png 37a Winnie Summer / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Newton-rings.jpg 37b Warrencarpani / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication http://commons.wikimedia.org/wiki/File:20cm_Air_1.jpg 02/04/2012