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RELATÓRIO CUBA DE ONDAS
4 Experimento 1 – Verificação das Leis de Reflexão
4.1 Parte 1 – Reflexão de Ondas em Barreira Reta
Questão: Medida 1 Medida 2 θi 45°^ 45° θr
- Qual a relação entre os ângulos de incidência e de reflexão? Tabela 1: Reflexão de pulsos retos. Foi possível observar que os ângulos de incidência e reflexão são perpendiculares e possuem a mesma medida, então a distância de um objeto (p) é igual à distância da sua imagem. O que demonstra a lei de reflexão.
4.2 Parte 2 – Reflexão de Ondas em Barreira Côncava
Nessa parte, foi observado a reflexão de pulsos circulares (ondas esféricas) em uma barreira retilínea. Em espelhos esféricos, tem-se que quando em feixe de raios paralelos incide sobre o espelho paralelamente ao eixo principal, origina um feixe refletido convergente, no caso do espelho côncavo, e divergente, no espelho convexo. Esses raios refletidos ou seus prolongamentos vão se encontrar em um ponto chamado foco principal, que se encontra no ponto médio entre o vértice e o centro de curvatura do espelho, ou seja, e = f/2, onde f é a distância entre o ponto C e V, e e é a distância entre o ponto F e V. A figura abaixo ilustra a reflexão dos raios de onda em espelhos côncavos e convexos. Na cuba de ondas, quando o obstáculo onde ocorre a reflexão é côncavo, as frentes de ondas convergem para um ponto, o foco, analogamente à reflexão em um espelho côncavo. Quando as ondas incidem em um obstáculo convexo, obtém-se o mesmo tipo de reflexão observada em um espelho convexo. A figura abaixo ilustra as imagens obtidas na cuba quando o primeiro acessório é trocado pelo segundo acessório, na mesma configuração utilizada anteriormente com ondas retas.
5 Experimento 2 – Difração de Ondas Planas em uma Fenda
Simples
A difração é um fenômeno que acontece quando uma onda encontra um obstáculo, ocorrendo uma flexão das ondas em torno deste obstáculo. O fenômeno de difração também é descrito como o espalhamento das ondas após atravessar orifícios ou fendas. Esse alargamento ocorre conforme o princípio de Huygens. Produzindo-se ondas retas na cuba e inserindo, na água, um obstáculo qualquer, observa-se que as ondas sofrem um desvio na direção de propagação, transpondo o obstáculo. Se a onda atinge uma fenda entre dois obstáculos inseridos na água, se a largura desta fenda for menor ou igual ao comprimento de onda incidente, ela transpõe o obstáculo. Produzindo ondas retas na cuba, observou-se o fenômeno da difração, conforme ilustrado na figura abaixo. Com o arranjo de uma fenda, pode-se observar que a difração é mais perceptível quando a abertura da fenda é da ordem do comprimento de onda da onda incidente.
6 Experimento 3 – Interferência
O efeito da superposição de duas ou mais ondas é denominado interferência. Quando as ondas chegam em fase, a onda resultante é máxima, ou seja, a amplitude das ondas é somada, fato denominado interferência construtiva. Quando as ondas chegam em oposição de fase, os deslocamentos são de sinais opostos e a interferência é destrutiva. Utilizando o oscilador 1 pode-se produzir duas ondas circulares, ambas com a mesma frequência e em fase, simultaneamente na água. A Figura abaixo ilustra as ondas produzidas utilizando este sistema da cuba e, também, uma representação da interferência de duas ondas circulares onde as interferências construtivas e destrutivas são apontadas.
8 Experimento 5 – Refração
Mudança de Velocidade: É causada pela passagem de um feixe de luz, incidindo obliquamente, de um meio transparente para outro transparente, que apresenta velocidade da luz diferente do primeiro meio, ou essa mudança de velocidade pode ser causada pela mudança na profundidade do meio liquido, assim o raio incidente sofrera uma mudança na direção ao passar de um meio para outro ou de uma profundidade para outra. Temos pela lei de refração que: (n2/n1) = (v1/v2) Mudança de direção e velocidade.
Conclusão
Utilizar as propriedades das ondas de água em uma sala de aula pode ser uma tarefa complexa, pois as ondas em água superficiais possuem muitas características que não triviais como sua velocidade e o movimento das gotículas de água no interior do meio. Portanto, é necessário tomar muito cuidado com a abordagem realizada em cada demonstração. Neste projeto, para todas as demonstrações propostas, foi considerada apenas uma análise simplificada do movimento das ondas em água, de modo que as demonstrações possam servir de exemplificação para alguns fenômenos de movimento ondulatório, sem perda de generalidade. Alguns desafios foram enfrentados na construção da cuba de ondas, como otimizar as oscilações produzidas para formar uma imagem satisfatória das ondas e adequar os materiais disponíveis às necessidades do projeto, pois a ideia inicial é de reaproveitar o maior número de componentes possível. Apesar de ter obtido bons resultados, ainda há alguns pontos a serem trabalhados no projeto para melhorá-lo. De modo geral, o projeto da cuba de ondas tem um grande potencial que pode ser explorado em aulas de física, abrangendo demonstrações em uma esfera mais simples, como demonstrado neste trabalho e, também, abrindo caminho para discussões mais complexas das propriedades de ondas em água.
