Fenómenos ondulatórios

​Fenómenos ondulatórios

​Ondas e eletromagnetismo
Física e Química A-11ºano

A utilização de sinais para transmitir informações é usada desde os tempos mais remotos.

​Propagação de sinais

​A necessidade de comunicar é transversal a todas as sociedades e cada uma desenvolve mecanismos próprios de transmissão de informação.

Um sinal não é mais do que uma perturbação criada num dado local do meio, isto é, corresponde à alteração local de uma propriedade física de um meio, que pode conter informação. Pode ser um sinal de curta duração, também chamado de pulso, ou de longa duração.

Uma onda é a propagação de um sinal num meio, com transporte de energia, sem que haja transporte de matéria.

Num fenómeno ondulatório, a perturbação propaga-se com uma certa velocidade.

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O módulo da velocidade de propagação da onda, v, é dado pelo quociente entre uma distância qualquer a que a onda se propaga, d, e o tempo da propagação, Δt.

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A velocidade de propagação da onda depende não só das características do meio de propagação, mas também da natureza da onda.

Multiple Choice

Quando se atira uma pedra para um lago, há produção de ondas à superfície da água. As ondas transportam __________, mas não __________, pelo que uma folhinha à superfície da água __________.”

• matéria …energia … permaneceria na mesma posição.

• matéria … energia … seria arrastada pela onda

• energia … matéria … permaneceria na mesma posição.

• energia … matéria … seria arrastada pela onda

Multiple Choice

Um pequeno barco de papel é largado de uma ponte, a 3,2 m de altura relativamente à água de um lago. Quando o barco de papel atinge a superfície da água do lago, produz ondas que percorrem 12 cm de distância em 2,0 s. A expressão que permite determinar a velocidade de propagação da onda na superfície da água é...

• $$v=\frac{3,2}{2,0}m\ s^{-1}$$

• $$v=\frac{0,12}{2.0}m\ s^{-1}$$

• $$v=\left(0,12\times2,0\right)m\ s^{-1}$$

• $$v=\frac{2,0}{12}m\ s^{-1}$$

​Classificação das ondas

​Quanto ao modo de propagação

​

Ondas transversais

Onda cuja direção de vibração é perpendicular à direção de propagação.

​

Ondas longitudinais

Onda cuja direção de vibração é paralela à direção de propagação.

​Classificação das ondas

​Quanto à sua natureza

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Ondas mecânicas

Perturbação que apenas se propaga num meio material.

Embora não haja transporte de matéria, as partículas do meio participam no processo de transferência de energia; esta é transmitida partícula a partícula, com uma velocidade que depende da elasticidade e inércia do meio material.

​

Ondas eletromagnéticas

Perturbação que se pode propagar no vazio e em determinados meios materiais.

Estas ondas têm origem num campo magnético variável.

A luz das estrelas chega até nós através do espaço vazio

Multiple Choice

Efetuando um movimento rápido com a mão, para cima e para baixo, o Miguel faz vibrar a extremidade de uma corda.

  A perturbação criada pelo Miguel corresponde a um sinal de _______ duração, que se propaga ao longo da corda, constituindo uma __________.

•   curta … onda transversal

• longa … onda longitudinal

•   curta … onda longitudinal

• longa … onda transversal

Multiple Choice

   Efetuando um movimento rápido com a mão, para cima e para baixo, o Miguel faz vibrar a extremidade de uma corda. Dois segundos depois do início do movimento da mão do Miguel, a vibração atingiu a mão do Pedro que segurava a outra extremidade da corda com 6,0 m de comprimento.

  Qual é o módulo da velocidade de propagação da deformação ao longo da corda?

• 1,5 m/s
• 3,0 m/s
• 2,0 m/s
• 4,0 m/s

Multiple Choice

Atendendo à sua natureza e ao modo como estas se propagam, as ondas podem obter diferentes classificações, sendo correto afirmar que:

• Numa onda transversal, a direção de vibração é paralela à direção de propagação da onda.

• Numa onda longitudinal, a direção de vibração é paralela à direção de propagação da onda.

• Quando uma perturbação não necessita de um meio material para se propagar a onda diz-se mecânica.

• Quando uma onda não se pode propagar no vazio, mas apenas em determinados meios materiais, designa-se onda eletromagnética.

​Periodicidade espacial e temporal das ondas

Onda periódica

É uma onda que resulta da emissão repetida de um sinal em intervalos de tempo regulares.

​Se uma pessoa movimentar uma corda, repetidamente e em intervalos de tempo iguais, para cima e para baixo em relação à posição de equilíbrio, também se gera uma onda periódica.

​Periodicidade temporal

• ​A periodicidade de uma onda no tempo é caracterizada pelo período, T.

• O período de uma onda é igual ao período de oscilação do emissor; só depende dele.

• O período é o tempo de uma oscilação completa e tem como unidade SI o segundo, s.

• A frequência é o número de oscilações por unidade de tempo. É igual ao inverso do período. Tem como unidade SI o hertz, Hz.

 

​Periodicidade espacial

• A periodicidade de uma onda no espaço é caracterizada pelo comprimento de onda, l.

• Uma onda tem uma periocidade no espaço de valor igual ao comprimento de onda.

• O comprimento de onda é a menor distância que separa duas partículas oscilantes que se encontram na mesma fase de oscilação.

Periodicidade temporal

Periodicidade espacial

​

Numa corda, y(t) descreve o movimento de uma partícula da corda ao longo do tempo.

​

Numa corda, y(x) representa as posições das partículas da corda no mesmo instante.

• Num meio homogéneo, em que a velocidade de propagação da onda é constante, o comprimento de onda e a frequência são inversamente proporcionais.

   

• A onda é a propagação de um sinal cuja frequência não se altera e depende apenas da frequência da fonte emissora, que define a frequência de vibração de cada ponto do meio.

• As ondas resultantes da propagação do sinal produzido pela mesma fonte em dois meios diferentes são caracterizadas pela mesma frequência, mas por diferentes comprimentos de onda. O comprimento de onda é proporcional à velocidade de propagação.

Multiple Choice

O diagrama mostra a elongação de uma partícula do meio em função do tempo de propagação de uma onda que viaja longitudinalmente nesse meio.

O período e a amplitude são representados pelos segmentos…

•   B e A, respetivamente.

• C e D, respetivamente.

• C e A, respetivamente.

• B e D, respetivamente

Multiple Choice

A Eva e a Beatriz estavam a brincar com uma mola. O seu amigo, Duarte, observou com atenção e contou 50 ondas num minuto. Se a frequência do movimento duplicar, a velocidade da onda________ e o comprimento de onda_________.

• duplica…duplica

• duplica… mantém-se

• mantém-se…mantém-se

• mantém-se… passa para metade

Multiple Choice

A Eva e a Beatriz estavam a brincar com uma mola. O seu amigo, Duarte, observou com atenção e contou 50 ondas num minuto. O comprimento de onda e a frequência são respetivamente:

• 3,2 m e 0,83 Hz

• 3,2 m e 0,50 Hz

• 0,40 m e 0,83 Hz

• 0,83 Hz e 3,2 m

​Ondas harmónicas e ondas complexas

Um sinal harmónico é um sinal periódico que se propaga no espaço como uma onda harmónica descrita por uma função matemática periódica.

Matematicamente, um sinal harmónico pode ser traduzido pela função:

• y (t) representa a elongação no instante t, isto é, a posição de uma partícula da onda em relação à posição de equilíbrio num dado instante t;

• A corresponde à amplitude da onda;

• w representa a frequência angular da onda;

• O ângulo (w t) exprime-se em radianos (rad).

​

A frequência angular avalia a rapidez com que ocorrem as oscilações:

​ A energia de um sinal harmónico depende da amplitude de oscilação e da frequência do sinal.

​ §Para ondas harmónicas de igual frequência, a onda que transportará mais energia será…

… a de maior amplitude.

​

§Para ondas harmónicas mecânicas de igual amplitude, a onda que transportará mais energia será…

​

… a de maior frequência.

​

Uma onda complexa é uma onda que não é traduzida por uma função sinusoidal. Pode ser descrita como a sobreposição de ondas harmónicas.

​

A onda (periódica) complexa (B) resulta da sobreposição das ondas harmónicas 1, 2 e 3 (A).

​A

​B

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Escrever o nome de grandezas associadas a ondas...

Grandezas associadas a uma onda-Resumo

Fill in the Blanks

Multiple Choice

Considere uma onda transversal e sinusoidal que se propaga num lago onde se encontra uma boia de sinalização, B. Na Figura, representa-se uma porção da superfície da água do lago, num dado instante, t_i, e um referencial x O y. Admita que a onda se propaga no sentido positivo do eixo Ox com velocidade constante. Qual dos esboços seguintes pode representar a componente escalar da posição da boia de sinalização, y _B , segundo o eixo Oy, em função do tempo, t , considerando t_i o instante inicial?

Multiple Choice

A Figura apresenta uma imagem das ondas obtidas numa tina de ondas, numa determinada experiência. As zonas mais claras correspondem a cristas e as zonas mais escuras correspondem a vales. Na figura, estão ainda representados dois pontos, A e B, à superfície da água.

Considere que o gerador de ondas está ajustado para 5,0 Hz e que a imagem é obtida num instante t. Quanto tempo decorrerá, no mínimo, entre o instante t e um instante no qual o ponto A se encontre num vale?

• 0,20 s

• 0,050 s

• 0,15 s

• 0,10s

Multiple Choice

A Figura apresenta uma imagem das ondas obtidas numa tina de ondas, numa determinada experiência. As zonas mais claras correspondem a cristas e as zonas mais escuras correspondem a vales. Na figura, estão ainda representados dois pontos, A e B, à superfície da água.

Se a distância entre os pontos A e B for 15,6 cm, o comprimento de onda das ondas que se propagam na superfície da água será

• 1,30 cm

• 2,23 cm

• 2,60 cm

• 3,12 cm

Fill in the Blanks

Multiple Choice

A extremidade de uma mola é posta a oscilar horizontalmente, conforme representado na figura. Considere que o afastamento, y, de uma espira em relação à sua posição de equilíbrio é descrito pela função, indicada na figura, na qual as diversas grandezas estão expressas nas respectivas unidades SI. Numa oscilação completa, a espira percorre uma distância de…

• 0,02 m
• 0,01 m
• 0,04 m

• 3,3 m

Multiple Choice

A ponta de uma corda é posta a oscilar entre duas posições extremas afastadas 6,0cm, produzindo-se uma onda sinusoidal ao longo da corda. Cada ponto da corda efetua 6 oscilações completas num segundo, sendo 8,0cm a distância entre dois pontos consecutivos da corda no mesmo estado de vibração.

A função que pode descrever o sinal que produz a onda, em unidades SI é..

• $$y\left(t\right)=3,0\times10^{-2}sen\left(12\pi t\right)\ \left(SI\right)$$

• $$y\left(t\right)=8,0\times10^{-2}sen\left(12\pi t\right)\ \left(SI\right)$$

• $$y\left(t\right)=6,0sen\left(6\pi t\right)\ \left(SI\right)$$

• $$y\left(t\right)=3,0\times10^{-2}sen\left(\frac{2\pi}{6}\right)\ \left(SI\right)$$

Draw

Na Figura, está representada, num certo instante, uma determinada região do espaço em que se propaga, da esquerda para a direita, um sinal sonoro de período T . As zonas mais escuras correspondem a zonas de compressão do ar, e as zonas mais claras correspondem a zonas de rarefação. Na figura, encontra-se ainda representada, pela linha a tracejado, P, uma certa camada de ar naquela região do espaço. Faz um circulo na figura que pode representar, um período e meio depois, a mesma região do espaço e a mesma camada de ar.

Poll

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