2º F - 3º Bimestre - Aula 3 - Física

  2º F  - 3º Bimestre  - Aula 3 - Física

As ondas são perturbações que se propagam pelo espaço sem transporte de matéria, apenas de energia.

O elemento que provoca uma onda é denominado fonte, por exemplo, uma pedra lançada nas águas de um rio gerarão ondas circulares.

                                                                                                                                                    Ondas circulares na superfície de um líquido

São exemplos de ondas: ondas do mar, ondas de rádio, som, luz, raio-x, micro-ondas dentre outras.

A parte da Física que estuda as ondas e suas características é chamada de ondulatória.

Características das Ondas

Para caracterizar as ondas usamos as seguintes grandezas:

·         Amplitude: corresponde à altura da onda, marcada pela distância entre o ponto de equilíbrio (repouso) da onda até a crista. Note que a “crista” indica o ponto máximo da onda, enquanto o “vale”, representa a ponto mínimo.

·         Comprimento de onda: Representado pela letra grega lambda (λ), é a distância entre dois vales ou duas cristas sucessivas.

·         Velocidade: representado pela letra (v), a velocidade de uma onda depende do meio em que ela está se propagando. Assim, quando uma onda muda seu meio de propagação, a sua velocidade pode mudar.

·         Frequência: representada pela letra (f), no sistema internacional a frequência é medida em hertz (Hz) e corresponde ao número de oscilações da onda em determinado intervalo de tempo. A frequência de uma onda não depende do meio de propagação, apenas da frequência da fonte que produziu a onda.

·         Período: representado pela letra (T), o período corresponde ao tempo de um comprimento de onda. No sistema internacional, a unidade de medida do período é segundos (s).

Tipos de Ondas

Quanto à natureza, há dois tipos de ondas:

·         Ondas Mecânicas: para que haja propagação, as ondas mecânicas necessitam de um meio material, por exemplo, as ondas sonoras e as ondas em uma corda.

·         Ondas Eletromagnéticas: nesse caso, não é necessário que haja um meio material para que a onda se propague, por exemplo, as ondas de rádio e a luz.

Classificação das Ondas

Segundo a direção de propagação das ondas, elas são classificadas em:

·         Ondas Unidimensionais: as ondas que se propagam em uma direção.
Exemplo: ondas em uma corda.

·         Ondas Bidimensionais: as ondas que se propagam em duas direções.
Exemplo: ondas se propagando na superfície de um lago.

·         Ondas Tridimensionais: as ondas que se propagam em todas as direções possíveis.
Exemplo: ondas sonoras.

As ondas também podem ser classificadas de acordo com a direção de vibração:

·         Ondas Longitudinais: a vibração da fonte é paralela ao deslocamento da onda.
Exemplo: ondas sonoras

Ondas Transversais: a vibração é perpendicular à propagação da onda.
Exemplo: onda em uma corda.

Fórmulas

Relação entre período e frequência

O período é o inverso da frequência.

Assim:

Velocidade de propagação

A velocidade também pode ser calculada em função da frequência, substituindo o período pelo inverso da frequência.

Temos:

Exemplo

Qual o período e a velocidade de propagação de uma onda que apresenta frequência de 5Hz e comprimento de onda de 0,2 m?

Como o período é o inverso da frequência, então:

Para calcular a velocidade usamos o comprimento de onda e a frequência, assim:

Fenômenos Ondulatórios

Reflexão

Uma onda se propagando em um determinado meio ao se deparar com um obstáculo pode sofre reflexão, isto é inverter o sentido da propagação.

Ao sofrer reflexão, o comprimento de onda, a velocidade de propagação e a frequência da onda não se alteram.

Um exemplo é quando uma pessoa grita em um vale e escuta alguns segundos depois o eco da sua voz.

Através da reflexão da luz conseguimos ver nossa própria imagem em uma superfície polida.

Refração

A refração é um fenômeno que acontece quando uma onda muda o meio de propagação. Nesse caso, poderá ocorrer uma mudança no valor da velocidade e na direção de propagação.

As ondas em uma praia se quebram paralelamente a orla, devido ao fenômeno da refração. A mudança de profundidade da água (meio de propagação) faz com que a direção das ondas se modifique, tornando-as paralela a orla da praia.

Difração

As ondas contornam obstáculos. Quando isso ocorre dissemos que a onda sofreu difração.

A difração nos permite ouvir por exemplo uma pessoa que está do outro lado de um muro.

Ao passar por um obstáculo, as ondas sofrem um espalhamento.

Interferência

Quando duas ondas se encontram, ocorre uma interação entre suas amplitudes chamada de interferência.

A interferência pode ser construtiva (aumento da amplitude) ou destrutiva (diminuição da amplitude).

Ondas Estacionárias

As ondas estacionárias ocorrem da superposição de ondas periódicas iguais e de sentidos contrários.

Ao ocorrer interferência construtiva e destrutiva, apresentam pontos que vibram e outros que não vibram.

Podemos produzir ondas estacionárias em uma corda com as extremidades fixas, como por exemplo, nas cordas de um violão.

Exercícios

QUESTÃO 1

O eletrocardiograma, exame utilizado para avaliar o estado do coração de um paciente, trata-se do registro da atividade elétrica do coração ao longo de um certo intervalo de tempo. A figura representa o eletrocardiograma de um paciente adulto, descansado, não fumante, em um ambiente com temperatura agradável. Nessas condições, é considerado normal um ritmo cardíaco entre 60 e 100 batimentos por minuto

Com base no eletrocardiograma apresentado, identifica-se que a frequência cardíaca do paciente é

a)    normal.

b)    acima do valor ideal.

c)    abaixo do valor ideal.

d)    próxima do limite inferior.

e)    próxima do limite superior

QUESTÃO 2

Em viagens de avião, é solicitado aos passageiros o desligamento de todos os aparelhos cujo funcionamento envolva a emissão ou a recepção de ondas eletromagnéticas. O procedimento é utilizado para eliminar fontes de radiação que possam interferir nas comunicações via rádio dos pilotos com a torre de controle.

A propriedade das ondas emitidas que justifica o procedimento adotado é o fato de

a) terem fases opostas
b) serem ambas audíveis
c) terem intensidades inversas
d) serem de mesma amplitude
e) terem frequências próximas

 

QUESTÃO 3

 

Uma manifestação comum das torcidas em estádios de futebol é a ola mexicana. Os espectadores de uma linha, sem sair do lugar e sem se deslocarem lateralmente, ficam de pé e se sentam, sincronizados com os da linha adjacente. O efeito coletivo se propaga pelos espectadores do estádio, formando uma onda progressiva, conforme ilustração.

Calcula-se que a velocidade de propagação dessa “onda humana” é 45 km/h, e que cada período de oscilação contém 16 pessoas, que se levantam e sentam organizadamente e distanciadas entre si por 80 cm.

Nessa ola mexicana, a frequência da onda, em hertz, é um valor mais próximo de

a) 0,3
b) 0,5
c) 1,0
d) 1,9
e) 3,7

 

QUESTÃO 4

 

A velocidade de uma onda sonora no ar é 340 m/s, e seu comprimento de onda é 0,340 m. Passando para outro meio, onde a velocidade do som é o dobro (680 m/s), os valores da frequência e do comprimento de onda no novo meio serão, respectivamente:

a) 400 Hz e 0,340 m

b) 500 Hz e 0,340 m

c) 1000 Hz e 0,680 m

d) 1200 Hz e 0,680 m

e) 1360 Hz 1,360 m

 

QUESTÃO 5

Considere as situações cotidianas apresentadas abaixo.

 

I - Quando um avião está voando nas vizinhanças de uma casa, algumas vezes a imagem da TV sofre pequenos tremores e fica ligeiramente fora de foco.

 

II - Uma criança faz bolhas de sabão com auxílio de um canudinho, soprando água na qual se mistura um pouco de sabão. Quando a bolha está crescendo, observa se uma mudança de cor da película da bolha.

 

III - Uma pessoa escuta o som que vem de trás do muro.

 

IV - Uma piscina cheia de água parece mais rasa quando observada de fora.

 

V - Uma pessoa vê sua imagem na superfície de um lago.

 

Assinale a seqüência que indica corretamente os conceitos físicos utilizados para explicar cada uma das cinco situações.

 

A)        I - Interferência, II - difração, III - difração, IV - interferência, V - difração

 

B)        I - Difração, II - interferência, III - reflexão, IV - refração, V - refração

 

C)        I - Difração, II - difração, III - interferência, IV - refração, V - reflexão

 

D)        I - Reflexão, II - refração, III - reflexão, IV - refração, V - reflexão

 

E)        I - Interferência, II - interferência, III - difração, IV - refração, V - reflexão