Movimento Oscilatório.

Movimento Oscilatório

Material de apoio: movimento oscilatório
Uma partícula descreve um movimento oscilatório quando se move periodicamente em torno de uma posição de equilíbrio Exemplos: movimento pendular movimento de uma mola vibração dos átomos numa molécula vibração do campo electromagnético numa onda electromagnética … Movimento Harmónico Simples (MHS) movimento oscilatório mais simpes consitui uma descrição bastante precisa de muitos fenómenos oscilatórios

Uma partícula tem um MHS ao longo do eixo dos xx, quando o seu deslocamento relativamente à origem do eixo é dada por movimento oscilatório em torno de x=0, a posição de equilíbrio - fase da onda - fase inicial da onda A – amplitude do movimento: deslocamento máximo para a direita e para a esquerda da origem do eixo – posição de equilíbrio

T – período do movimento: intervalo de tempo mínimo ao fim do qual x(t) repete o seu valor período da função cosseno w – frequência angular f – frequência: número de reptições na unidade de tempo: Notas: 1 - o movimento pode igualmente ser descrito através da função seno, igual à função cosseno com um desfasamento de p/2, implicando apenas um ajuste na fase inicial 2 – a frequência angular, w, só é igual à velocidade angular, w, quando esta é constante

Velocidade de uma partícula com MHS ao longo do eixo dos xx varia periòdicamente, com a mesma frequência angular, entre os valores wA e -wA Aceleração de uma partícula com MHS ao longo do eixo dos xx aceleração é proporcional ao deslocamento; varia periòdicamente, com a mesma frequência angular, entre os valores wA e -wA

em oposição de fase

amplitude, frequência angular e condições iniciais condições iniciais equação do movimento cuja solução é portanto

x(t) pode ser interpretado como a componente x de um vector de norma igual à amplitude: que roda com velocidade angular igual à frequência angular do MHS:

Composição, ou sobreposição de dois MHS Mesma direcção e mesma frequência diferença de fase dos dois MHS: independente do tempo

Composição, ou sobreposição de dois MHS Mesma direcção e mesma frequência: casos especiais dois MHS em fase: interferência construtiva

Composição, ou sobreposição de dois MHS Mesma direcção e mesma frequência: casos especiais dois MHS em oposição de fase: interferência destrutiva

Composição, ou sobreposição de dois MHS Mesma direcção e frequências diferentes diferença de fase dos dois MHS: amplitude depende do tempo, oscila entre e

Composição, ou sobreposição de dois MHS Mesma direcção e frequências diferentes e amplitudes iguais amplitude modulada pela frequencia w2-w1

Composição, ou sobreposição de dois MHS Direcções ortogonais exemplo: movimento plano de uma partícula com as coordenadas x e y animadas de MHS extremidade descreve linha, trajectória, confinada pelas rectas x=±A e y=±B a forma da linha depende da razão w1/w2 e de d esta linha genérica tem o nome de Figura de Lissajous

Composição, ou sobreposição de dois MHS Direcções ortogonais Caso especial: distância à origem trajectória descrita sobre a recta y=B/Ax posição sobre esta recta pode ser descrita por oscilação, sobre a recta y=B/Ax, em torno da origem com w

Composição, ou sobreposição de dois MHS Direcções ortogonais Caso especial: distância à origem trajectória descrita sobre a recta y=-B/Ax posição sobre esta recta pode ser descrita por oscilação, sobre a recta y=-B/Ax, em torno da origem com w

Composição, ou sobreposição de dois MHS Direcções ortogonais caso especial: equação de uma elipse de semieixos A e B se A=B, a trajectória é circular

MHS -partícula de massa m presa à extremidade de uma mola posição de não deformação: posição de equilíbrio força da mola é proporcional, e opõe-se, à sua deformação: força elástica deformação da mola no instante de tempo t : x(t) - x0

MHS -partícula de massa m presa à extremidade de uma mola massa oscila em torno de x0 com frequência angular amplitude condições iniciais

MHS -partícula de massa m presa à extremidade de uma mola força elástica é conservativa  deriva de energia potencial  energia mecânica conserva-se

MHS -partícula de massa m presa à extremidade de uma mola sob acção do campo gravítico situação de equilíbrio posição de não deformação posição de equilíbrio condição de equilíbrio situação de oscilação

MHS -partícula de massa m presa à extremidade de uma mola sob acção do campo gravítico forças elástica e gravítica conservativas  derivam de energias potenciais situação de oscilação elástica gravítica

MHS: pêndulo de massa pontual m regime das pequenas oscilações frequência angular amplitude

MHS: pêndulo de massa pontual m regime das pequenas oscilações tensão: ortogonal ao deslocamento  não realiza trabalho peso: força conservativa  deriva de eergia potencial energia mecânica conserva-se

MHS: pêndulo de massa extensa m regime das pequenas oscilações massa roda em sentido retrágrado (movimento descendente) em torno do eixo dos zz perpendicular ao plano formado por e , e que passa por O: eixo de simetria momentos calculados relativamente a O vectores paralelos se a massa for pontual

Oscilações Amortecidas: presença de uma força resistiva fraca exemplo – efeito do ar termo de amortecimento amplitude tende exponencialmente para zero: movimento oscilatório não periódico força resistiva opõe-se ao movimento  realiza trabalho negativo  corpo perde energia mecânica

Oscilações Amortecidas: presença de uma força resistiva fraca exemplo – efeito do ar termo de amortecimento força resistiva opõe-se ao movimento  realiza trabalho negativo  corpo perde energia mecânica amplitude tende exponencialmente para zero: movimento oscilatório não periódico

Oscilações Forçadas força resistiva opõe-se ao movimento  realiza trabalho negativo sistema perde energia mecânica amplitude do movimento tende exponencialmente para zero perda da amplitude pode ser compensada pela aplicação de uma força periódica, , que contrarie a força resistiva, também periódica porque proporcional à velocidade forneça sustentadamente energia ao sistema termo de amortecimento termo elástico termo forçado

Oscilações Forçadas ao fim de um certo intervalo de tempo, o sistema estabiliza: em cada ciclo a energia perdida, por acção de , iguala a energia fornecida por sistema entra em regime estável e oscila forçadamente com amplitude constante e a frequência da força periódica aplicada intensidade da força aplicada amplitude forçada frequência forçada frequência natural do oscilador

Oscilações Forçadas fenómeno ressonante mesmo para uma intensidade fraca da força aplicada, a amplitude pode assumir valores muitos elevados quando b é pequeno – força resistiva de fraca intensidade wf ~ w0 – frequência forçada muito próxima da frequência natural b ~ 0 b pequeno b grande

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