Ondas mecânicas: conceitos iniciais, Slides de Física

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Itaquaquecetuba, 20 23 / Professor Cleiton D. Maciel

Conceito de onda

Licenciatura em Matemática

Ondas : Oscilações que se propagam

transportando apenas energia e momento.

Não há transporte de matéria durante a

propagação de uma onda

Caracterizando as vibrações: frequência e

comprimento de onda

Imagine uma superfície de água tranquila, sem nenhuma perturbação. Agora considere que alguém pegue um conta gotas. Com ele pode-se produzir perturbações periódicas na superfície da água. Isso acontece se fazermos as gotas caírem periodicamente, isto é, espaçadas do mesmo intervalo de tempo. Assim:

A onda é formada por um conjunto de sequência de

pulsos periódicos que se expande em todos os lados.

Uma rolha da superfície dessa água apenas se desloca para cima e para baixo. Uma onda, qualquer que seja, não transporta o meio onde se propaga. É apenas a energia que muda de local. Onda não transporta matéria.

Caracterizando as vibrações: frequência e comprimento de onda

Se observarmos de perfil o padrão formado na água, temos uma imagem semelhante

à seguinte:

Linha tracejada: nível original da superfície. C: cristas , pontos em máximo deslocamento acima do nível original da superfície. V: vales, pontos em máximo deslocamento abaixo do nível da superfície. A: amplitude , máximo afastamento da superfície.

Parâmetros de onda Comprimento de onda λ : Direção da propagação. Amplitude A : Direção da oscilação.

Caracterizando as vibrações: frequência e

comprimento de onda

O conceito de frequência também pode ser aplicado às ondas quando os pulsos são produzidos de maneira uniforme. Pensemos no exemplo: Em um determinado conjunto de ondas os pulsos emitidos demoram 0,5 s para completar uma oscilação. a) Qual o período dessa onda? b) Quantas oscilações ela faz em um segundo? O número de oscilações executados por um ponto da onda por unidade de tempo é denominado frequência da onda (f).

O período T e a frequência f são inversos um do outro:

𝑇 = 1 𝑓 Unidade de frequência: Uma característica constante da onda é a sua frequência, pois ela se mantém idêntica a da fonte que a produziu, não variando quando varia o meio de propagação.

Simulação

Exercícios

1. Quais são o período e a frequência de rotação do ponteiro das horas de um relógio?
2. Um conjunto de ondas periódicas executa cinco oscilações a cada segundo. A distância entre dois vales consecutivos dessas ondas é de 2,0 cm. a) Qual o comprimento de onda? b) Qual a frequência de oscilação/? c) Qual o período de oscilação dessa onda? d) Qual a velocidade com que essa onda se propaga?
3. O motor de um automóvel gira a 900 rpm em marcha lenta. Qual é o seu período de rotação? Expresse sua reposta em minutos e em segundos.
4. Um trem de ondas periódicas desloca-se a uma velocidade constante de 4,0 m/s. A distância entre duas de suas cristas consecutivas é de 50 cm. a) Qual o período de oscilação? b) Qual a frequência de oscilação?
5. Em um lago o vento produz ondas periódicas que se propagam a uma velocidade de 2 m/s. O comprimento dessas ondas é de 10 m. Determine a frequência de oscilação de um barco: c) Quando ancorado nesse lago? d) Quando se movimenta em sentido contrário ao e) da propagação das ondas, a uma velocidade de 8 m/s.

Exercícios

6) A figura representa um trecho

de uma onda que se propaga a

uma velocidade de 300 m/s.

Para essa onda, determine:

a) a amplitude; c) a frequência;

b) O comprimento de onda; d) o período.

7) (Mackenzie) A figura a seguir ilustra

uma onda mecânica que se propaga

numa velocidade de 3,0 m/s e frequência:

c) 1,5 Hz b) 3,0 Hz c) 5,0 Hz

d) d) 6,0 Hz e) 10,0 Hz.

Exercício

(ENEM 2018) O sonorizador é um dispositivo físico implantado sobre a superfície

de uma rodovia de modo que provoque uma trepidação e ruído quando da

passagem de um veículo sobre ele, alertando para uma situação atípica à frente,

como obras, pedágios ou travessia de pedestres. Ao passar sobre os sonorizadores,

a suspensão do veículo sofre vibrações que produzem ondas sonoras, resultando

em um barulho peculiar. Considere um veículo que passe com velocidade

constante igual a 108 km/h sobre um sonorizador cujas faixas são separadas por

uma distância de 8 cm.

Disponível em: www.denatran.gov.br. Acesso em: 2 set. 2015 (adaptado).

A frequência da vibração do automóvel percebida pelo condutor durante a

passagem nesse sonorizador é mais próxima de

a) 8,6 hertz. b) 13,5 hertz. c) 375 hertz. d) 1 350 hertz. e) 4 860 hertz.

Classificação das ondas Existem ainda as ondas mistas Quando uma partícula de um meio é atendida por uma onda mista elas oscila simultaneamente na direção da propagação e na direção perpendicular a essa. Como exemplo podemos citar as ondas em superfícies de líquidos, que mares e lagos, geralmente são produzidas pela ação do vento.

Classificação das ondas

Discutimos até agora que uma onda pode ser longitudinal ou transversal, a

depender da sua direção de propagação. Mas podemos também classificar as

ondas em mecânicas ou eletromagnéticas , se estivermos considerando a sua

natureza.

A principal diferença entre elas é que, enquanto as ondas mecânicas precisam de um maio material para se propagar, as ondas eletromagnéticas podem se propagar no vácuo, onde não há matéria.

Ondas sonoras 𝑣 340 m / s

Som mais grave -> Menor

frequência

Som mais agudo -> Maior

frequência

Exercícios

1) (UFRGS-modificado) Considere as afirmações a seguir:

I) As ondas luminosas são constituídas pelas oscilações de campo elétrico e

magnético que oscilam na mesma direção.

II) As ondas sonoras precisam de um meio material para se propagar.

III) As ondas eletromagnéticas precisam de um meio material para se propagar.

Quais delas são corretas? Justifique as falsas.

2) Por que é impossível ouvirmos, aqui na Terra, uma explosão solar?

3) Vê-se um relâmpago e depois se ouve o trovão. Por que isso ocorre?

4) Considere a afirmação:

“São exemplos de ondas eletromagnéticas as ondas de rádio, a luz, as ondas de

radar, os raios X, raios , raios e raios .”

Ela está correta? Justifique.