Sinal: perturbação que produz alteração de uma propriedade física. A perturbação (o sinal) provoca oscilações ou vibrações num ponto de um meio.

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Maria Júlia Gabeira Clementino
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1 Ondas e sinais Para gerar uma onda num meio é necessário criar uma perturbação num ponto (ou numa zona), ou seja, alterar uma propriedade física do meio nesse ponto. Quando isso ocorre, dizemos que foi criado um sinal. Sinal: perturbação que produz alteração de uma propriedade física. Quando o sinal produzido é de curta duração chama-se pulso. A perturbação (o sinal) provoca oscilações ou vibrações num ponto de um meio. A propagação do sinal origina a onda. Existe transferência de energia mas não transporte de matéria.

Ondas e sinais Quando cai uma gota de água sobre a superfície calma de um lago: no ponto onde cai a gota, há uma perturbação que se traduz na oscilação da água nesse local em torno de uma posição de

2 Ondas e sinais Quando cai uma gota de água sobre a superfície calma de um lago: no ponto onde cai a gota, há uma perturbação que se traduz na oscilação da água nesse local em torno de uma posição de equilíbrio (o nível da água); a energia associada à oscilação da água é logo transferida à vizinhança, em todas as direções da superfície, que começa também a oscilar. Queda de uma gota de água na água à propagação da perturbação chamamos onda. Ela é evidenciada pelas formas circulares na água; globalmente, não houve transporte de água do ponto inicial para os restantes, mas sim do sinal. A onda progride com uma certa velocidade, que depende do meio.

3 Direção de oscilação Ondas transversais e ondas longitudinais A direção da oscilação das partículas da corda é perpendicular à direção de propagação do sinal. Direção de propagação ondas transversais.

4 Ondas transversais e ondas longitudinais Na mola da figura a direção de oscilação coincide com a direção de propagação. Direção de propagação Direção de oscilação ondas longitudinais.

As ondas mecânicas necessitam de um meio material para se propagarem.

5 Ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas Nos exemplos anteriores, as ondas são produzidas por oscilações em meios materiais: são ondas mecânicas. As ondas mecânicas necessitam de um meio material para se propagarem. Estas ondas resultam de sinais mecânicos: oscilações que alteram a posição, densidade, pressão, etc. Estas ondas podem ser transversais ou longitudinais. Ondas numa corda. Ondas sonoras.

As ondas eletromagnéticas não necessitam de um meio material para se propagarem;

6 Ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas As ondas eletromagnéticas resultam de sinais eletromagnéticos: oscilações de cargas elétricas. As ondas eletromagnéticas não necessitam de um meio material para se propagarem; propagam-se em meios materiais e no vazio. As ondas eletromagnéticas também são ondas transversais. Wi-fi (ondas de rádio) Micro-ondas.

7 Questões (Resolução) Classifique cada uma das ondas resultantes das perturbações descritas. 1. Campainha a tocar. Som: onda mecânica. Onda longitudinal. 2. Lâmpada acesa. Luz: onda eletromagnética. Onda transversal. 3. A corda da viola. Movimento da corda: onda mecânica. Onda transversal. 4. Mola comprimida que se solta. Movimento da mola: onda mecânica. Onda longitudinal. 5. Forno micro-ondas em funcionamento. 6. Raios X. Radiação micro-ondas: onda eletromagnética. Onda transversal. Radiação raios X: onda eletromagnética. Onda transversal.

8 Periocidade temporal e periocidade espacial Considere uma onda numa corda. Onda numa corda Se a mão repetir periodicamente a oscilação na extremidade da corda, para cima e para baixo, cria-se uma sequência de pulsos iguais em intervalos de tempo iguais. Produz-se um sinal periódico, cuja propagação origina uma onda periódica. Uma onda periódica tem características que se repetem no espaço e no tempo.

9 Periocidade temporal e periocidade espacial A fonte emissora da onda é onde se cria a perturbação, ou seja, o sinal cuja propagação origina a onda. Fonte emissora: mão Onda numa corda A mão, ao oscilar, transfere energia para a corda, cuja ponta passa a ter igual oscilação.

10 Periocidade temporal e periocidade espacial O tempo de uma oscilação completa da mão, ou seja, da fonte emissora, é chamado período de oscilação, T. A -A T T T Gráfico posição-tempo Um gráfico y(t), descreve o sinal que originou a onda e evidencia a periodicidade temporal da onda: repetição em intervalos de tempo iguais a um período. O máximo afastamento da mão relativamente à posição de equilíbrio é a amplitude de oscilação (símbolo A).

11 Periocidade temporal e periocidade espacial Periocidade espacial de uma onda A distância entre dois pontos consecutivos do gráfico no mesmo estado de vibração, é um comprimento de onda, grandeza que traduz a periodicidade espacial de uma onda.

12 Periocidade temporal e periocidade espacial A periodicidade da onda revela-se tanto no tempo como no espaço: a fonte emissora e cada ponto da corda têm oscilações que se repetem no tempo, correspondendo cada ciclo a um período; por seu lado, o perfil da onda também se repete no espaço em distâncias que são múltiplas de um comprimento de onda. O comprimento de onda é a distância a que se propaga uma onda num período. A -A Periocidade espacial de uma onda

13 Periocidade temporal e periocidade espacial O comprimento de onda, a frequência e a velocidade de propagação estão relacionados. v = λ T = λf O módulo da velocidade de propagação de uma onda: depende das características do meio e pode depender da frequência. se for constante num determinado meio, o comprimento de onda e a frequência serão inversamente proporcionais. o módulo da velocidade máxima de propagação de um sinal é o da velocidade da luz no vazio: 3, m s 1.

14 Periocidade temporal e periocidade espacial Nas representações gráficas y(t) para uma onda, y é a grandeza que corresponde à propriedade física alterada num ponto do meio (perturbação). Onda numa corda A onda periódica produzida por um sinal como o da imagem é descrita matematicamente por uma função seno ou cosseno. Estes sinais dizem-se harmónicos ou sinusoidais e as ondas assim produzidas dizem-se ondas harmónicas ou sinusoidais. Frequência angular y t = A sin(ωt) ω = 2π T

15 Ondas harmónicas e ondas complexas O estudo das ondas sinusoidais é importante pois, a partir delas, podem-se analisar ondas periódicas mais complexas. Os sinais complexos não são descritos por uma só função harmónica, mas sim por uma sobreposição de funções harmónicas. Sinal complexo

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