Comunicação da informação a curta distância. FQA Unidade 2 - FÍSICA

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1 Comunicação da informação a curta distância FQA Unidade 2 - FÍSICA

2 Meios de comunicação É possível imaginar como seria o nosso mundo sem os meios de comunicação de que dispomos? Os * * * * Aparelhos de rádio / Televisores Telefone / Telemóvel Gravadores de som e de imagem Internet permitem que a informação chegue rapidamente a todo o lado. 2

3 Comunicação Comunicação - é o processo de envio e de receção de informação com um dado propósito. A forma escolhida para comunicar depende: da distância que separa a fonte do recetor e do tipo de mensagem a enviar. 3

4 Tipos de comunicação Tipo de comunicação A curtas distâncias: O receptor está perto A longas distâncias O receptor está longe 4

5 Emissor e recetor A Física explica as várias maneiras de comunicar, usando conceitos como sinal, propagação, onda, etc. Sinal qualquer espécie de perturbação que seja utilizada para comunicar, transmitir, uma mensagem ou parte dela. emissor do sinal é quem provoca a perturbação. recetor do sinal é quem reconhece a perturbação. 5

6 Transmissão de Sinais Um sinal localiza-se no espaço e no tempo: A localização no espaço está relacionada com o local onde foi produzida a perturbação. A localização no tempo está relacionada com o instante em que a perturbação foi produzida. 6

7 Sinal Um sinal é uma perturbação e está sempre relacionado com uma alteração de uma propriedade física de um meio onde está o emissor. 7

8 Para que haja comunicação É preciso criar uma perturbação, isto é, um sinal que se propague. Num processo de comunicação: O emissor produz um sinal; O sinal propaga-se; O recetor recebe e interpreta o sinal 8

9 A propagação de um sinal Faz-se no espaço Leva algum tempo A propagação de um sinal no espaço nunca é instantânea requer sempre um período de tempo entre a sua emissão e a sua receção. 9

10 Pulso ou onda Pulso é um sinal de curta duração. Onda é a propagação do sinal, ou do pulso. 10

11 Onda Onda solitária é uma onda associada a um só pulso (sinal de curta duração). Onda persistente propagação de uma sequência de pulsos (um sinal de longa duração). 11

12 Onda Onda num estádio de futebol A energia é transmitida ao longo do estádio mas as pessoas permanecem nos mesmos lugares (apenas se levantam e se tornam a sentar). 12

13 Uma onda Não transporta matéria Transporta energia Onda O pulso gerado num determinado ponto da corda vai estar, decorrido algum tempo, noutro ponto da corda. Há transferência de energia de um ponto para outro da corda 13

14 Energia e velocidade de propagação Após a emissão, qualquer sinal demora um intervalo de tempo a percorrer uma certa distância. O intervalo de tempo pode ser representado por t e a distância por x. O tempo que cada sinal demora a percorrer uma certa distância, está relacionado com a velocidade de propagação, v que é definida através de: v x t 14

15 Classificação de Ondas 15

16 Ondas Mecânicas Precisam de um meio material para se propagarem. Não se propagam no vazio Exemplos: Som (no ar) Ondas sísmicas (na terra) Ondas do mar (na água) 16

17 Ondas Eletromagnéticas Não precisam de um meio material para se propagarem. Podem propagar-se no vazio. Exemplos: Luz visível Radiação ultravioleta Radiação infravermelha Ondas rádio Micro-ondas Raios X Raios gama As oscilações dos campos magnéticos e elétricos de uma onda eletromagnética são perpendiculares entre si. 17

18 Ondas longitudinais e transversais Onda longitudinal Onda transversal 18

19 E as ondas na água? À medida que a onda progride na água, as partículas realizam movimentos circulares no sentido dos ponteiros do relógio. 19

20 Elementos característicos das ondas Comprimento de onda Frequência Amplitude Características de uma Onda Período 20

21 Onda periódica Resulta da propagação de pulsos iguais emitidos em intervalos de tempo iguais. 21

22 Período de uma onda, T (s) Intervalo de tempo que decorre entre a emissão de dois pulsos; Só depende do período de oscilação da fonte emissora; Caracteriza a periodicidade da onda no tempo 22

23 Frequência de uma onda, f (Hz) Número de oscilações por unidade de tempo; Depende da frequência da fonte emissora; É uma característica da onda; É o inverso do período, f = 1/T 23

24 Comprimento de onda, λ (m) Distância que a onda avança ao fim de um período; Depende do meio de propagação; Caracteriza a periodicidade da onda no espaço. 24

25 Amplitude de uma onda Elongação máxima, ou seja, o máximo afastamento dos pontos que vibram relativamente à posição de equilíbrio. Depende da amplitude da fonte emissora. Está relacionada com a intensidade do sinal emitido. 25

26 Velocidade de Propagação Considerando um intervalo de tempo de um período a onda avança no espaço um comprimento de onda, λ. v x t v T 26

27 Velocidade de Propagação Sabendo que v T como 1 f T Então no mesmo meio, a frequência e o comprimento de onda são inversamente proporcionais. v f 27

28 Caraterísticas das ondas 28

29 Ondas em fase e em oposição de fase Duas partículas do meio estão em fase se ocuparem posições distanciadas de um comprimento de onda ou de múltiplos inteiros de comprimento de onda. Se a distância entre duas partículas do meio for de meio comprimento de onda ou de múltiplos ímpares de comprimentos de onda, então diz-se que estão em oposição de fase. Verifique na animação ao lado a interferência construtiva e a interferência e destrutiva. 29

30 Sinais harmónicos e onda harmónica Um sinal harmónico está associado a uma perturbação do meio que provoca a oscilação livre das suas partículas em torno de uma posição de equilíbrio. As partículas adquirem movimento oscilatório harmónico simples. 30

31 O sinal harmónico simples descreve-se pela função: x = A sin t X - elongação ou valor do deslocamento do oscilador (m) elongação máxima x = A elongação mínima x = A A amplitude do oscilador ou de oscilação (m) depende da amplitude de oscilação da fonte que emite o sinal - frequência angular (rad s -1 ) t tempo (s) A frequência angular está relacionada com a frequência de oscilação por = 2pf E com o período ω 2π T 31

32 Velocidade de propagação das ondas Uma onda propaga-se com velocidades diferentes em diferentes meios; A velocidade máxima de propagação de um sinal é km/s - que é a velocidade da luz no vazio; A velocidade da luz no vidro ou na água é menor que este valor; O som propaga-se a 340 m/s; O som não se propaga no vazio. 32

33 Onda Harmónica Pulsos sinusoidais ou harmónicos são pulsos descritos matematicamente por uma função seno ou coseno. Evolução no tempo 33

34 Onda Harmónica Evolução no espaço 34

35 Ondas harmónicas... Para ondas harmónicas com a mesma frequência, a onda com maior amplitude tem maior intensidade. Para ondas harmónicas com a mesma amplitude, a onda com maior frequência tem maior intensidade. 35

36 O Som... Uma onda sonora resulta do movimento vibratório das partículas à volta do emissor de som. No som há transporte de energia, mas não há transporte de partículas. 36

37 Variação periódica da pressão... Num mesmo ponto P a pressão varia periodicamente ao longo do tempo. Na situação A a pressão no ponto P é menor e na situação C a pressão nesse ponto é maior. As situações A, B, C e D estão ordenadas no tempo. 37

38 Características das ondas sonoras As ondas sonoras são longitudinais: as partículas de ar oscilam na direção de propagação da onda. 38

39 Velocidade de propagação do som O som só se propaga em meios materiais. A velocidade depende do meio de propagação. 39

40 Sons simples ou puros / sons fortes e fracos O que é um som simples ou puro? é um som cuja forma matemática é uma função seno (ou co-seno), ou seja, é uma onda harmónica ou sinusoidal. Só tem um comprimento de onda. A intensidade - permite distinguir um som fraco dum som forte. Um som forte corresponde a uma onda de grande intensidade; Um som fraco corresponde a uma onda de pequena intensidade. Duas ondas sonoras sinusoidais com a mesma frequência mas amplitudes diferentes: - a onda de maior amplitude corresponde a um som mais forte. 40

41 Sons graves e sons agudos Ondas sonoras de diferentes frequências: à de maior frequência corresponde um som agudo (alto) e à de menor frequência corresponde um som grave (baixo). 41

42 Sons complexos As curvas A e B representam sons puros. A onda sonora corresponde ao som puro A tem período T A e corresponde ao som puro B tem período T B. A curva C é o resultado da sobreposição dos dois sons A e B. O som resultante é complexo. 42

43 Harmónicos Harmónicos: ondas sinusoidais cuja frequência é um múltiplo inteiro da frequência do som fundamental. A onda verde tem frequência dupla da onda vermelha e a onda amarela tem frequência tripla da onda vermelha. Em música, chama-se som fundamental à onda A (de frequência menor), e harmónicos às outras ondas (B e C). Em física, chamam-se harmónicos a todas essas ondas, sendo o som fundamental o harmónico de menor frequência (1º harmónico). 43

44 Timbre O número de harmónicos ou a proporção de cada um num instrumento musical confere características particulares ao instrumento e à voz humana veja-se as ondas emitidas por instrumentos diferentes que têm timbres diferentes. Combinações dos mesmos harmónicos mas com amplitudes diferentes originam sons complexos diferentes O timbre permite distinguir dois sons com a mesma intensidade e frequência mas produzidos por instrumentos diferentes. A tecnologia de reconhecimento de voz em telemóveis e computadores baseia-se na identificação dos diferentes harmónicos de um som. complexo. 44

45 Espetro Sonoro O ouvido humano só é sensível a ondas sonoras com certas características de intensidade e altura. 45

46 Microfone e altifalante Há muitos tipos de altifalantes e de microfones. Têm todos em comum a conversão de um sinal elétrico numa onda sonora ou vice-versa. O microfone converte um sinal sonoro num sinal elétrico com a mesma informação. O altifalante converte um sinal elétrico num sinal sonoro com a mesma informação. Estes processos de conversão de um sinal sonoro em sinal elétrico e/ou conversão de um sinal elétrico em sinal sonoro passam-se também nos telefones, nos telemóveis, nas televisões, nos rádios, nos computadores, etc. 46

47 Sonar Nas ecografias utilizam-se ultra-sons com frequências da ordem do milhão de ciclos por segundo (mega-hertz, MHz). O sonar (SOund Navigation and Ranging), instrumento muito útil para medir distâncias, também utiliza ultra-sons mas com frequências inferiores. 47

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