FÍSICA MÓDULO 19 FENÔMENOS ONDULATÓRIOS II. Professor Ricardo Fagundes

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2 FÍSICA Professor Ricardo Fagundes MÓDULO 19 FENÔMENOS ONDULATÓRIOS II

3 RESSONÂNCIA Para entendermos esse fenômeno vamos exemplificá-lo. O aparelho de microondas funciona com esse princípio. Ao liberar um feixe de micro-ondas com frequência de vibração igual à frequência de oscilação natural da molécula de água, este atinge o alimento, que contém grande quantidade de água. Quando uma partícula tem a mesma frequência de vibração que a onda a sua amplitude aumenta muito, aumentando a temperatura do alimento. Dizemos que as moléculas de água entraram em ressonância.

4 EFEITO DOPPLER Quando a fonte emissora se move em relação ao observador a frequência para esse observador será diferente da frequência real da fonte. Essa diferença entre as frequências devido ao movimento relativo entre a fonte e o observador é chamado de efeito Doppler. Empregando o conceito de velocidade relativa, conseguimos chegar a uma expressão mais geral: f ap = f v som ± v o v som v fonte

5 Onde os sinais de cima serão usados quando há aproximação entre a fonte e o observador. Os sinais de baixo serão usados quando há um afastamento entre a fonte e o observador.

6 Na figura abaixo temos situações de ondas sonoras produzidas por fontes de diferentes velocidades.

7 Na figura abaixo temos situações de ondas sonoras produzidas por fontes de diferentes velocidades.

8 Na figura abaixo temos situações de ondas sonoras produzidas por fontes de diferentes velocidades.

9 No último caso, o raio r mede a propagação da onda sonora e OP representa a distância percorrida pela fonte. O cone formado pela onda de choque (similar as ondas produzidas por uma lancha no mar) é chamado de Cone de Mach. O ângulo de abertura do cone φ pode ser medido como φ = tan 1 r OP = tan 1 v som v fonte.

10 POLARIZAÇÃO Dizemos que uma onda eletromagnética é polarizada quando o campo elétrico assume uma direção bem definida. Na figura acima, temos uma onda polarizada na direção do eixo y. Um polarizador nada mais é que um filtro que permite passar parte da onda (vamos usar a luz como exemplo):

11 Colocando dois polarizadores ortogonais, não há passagem de luz. A reflexão é um fenômeno polarizador. A luz proveniente de lâmpadas incandescentes ou a luz solar, por exemplo, não é polarizada. Ao tocar na superfície de um lago, a parte refletida fica polarizada, conforme mostra a figura abaixo:

12 Esse tipo de polarização que estamos é chamada de polarização linear. Quando duas idênticas, defasadas em 90 e linearmente polarizadas, com polarização ortogonais, se juntam, temos uma onda circularmente polarizada:

13 BATIMENTO Vamos matematizar uma superposição de duas ondas, atendendo a seguinte condição: duas ondas de mesma amplitude e com frequências próximas indo de encontro, um com a outra. y 1 x, t = Acos(k 1 x ω 1 t) ; y 2 t = Acos(k 2 x + ω 2 t) 1 indo para a direita e 2 para a esquerda. Vamos analisar a superposição dessas ondas: y 1 t + y 2 t = A cos(k 1 x ω 1 t) + cos(k 2 x + ω 2 t) = 2A cos k 1 + k 2 x + ω 2 ω 1 t 2. cos k 1 k 2 x ω 2 + ω 1 t 2 = 2A cos k 1 + k 2 2 x + ω 2 ω 1 2 t. cos k 1 k 2 2 x ω 2 + ω 1 2 t

14 A figura abaixo representa uma superposição entre duas ondas com frequências muito parecidas. Esse fenômeno é chamado de batimento. Perceba que a cada 0,5 s o ciclo se repete, ou seja, a frequência do batimento é de 2Hz. E o termo ω 2+ω 1 2 está relacionado à frequência resultante da superposição, chamada de frequência de envoltória f en = f 1+f 2 2. Se a diferença entre as frequências for superior a ω bat = 2 ω 2 ω 1 2 f bat = f 1 f 2 15Hz, o ouvido humano não é capaz de detectar o batimento.

15 DISPERSÃO LUMINOSA No vácuo, uma luz monocromática vermelha possui a mesma velocidade que uma violeta, por exemplo. Não importa a cor (frequência). A velocidade de qualquer luz (na verdade de qualquer onda eletromagnética, como o rádio, raio-x e etc) no vácuo é igual a c ( m/s). Porém, em outro meio, como a água, a velocidade de cada frequência é diferente e é justamente isso que faz a dispersão acontecer. Veja a figura ao lado. Um feixe de luz branca está indo do ar para água. Na dispersão, a luz com maior velocidade (vermelho) se afasta da normal, obedecendo o princípio da refração e, a mais lenta (violeta), será mais próxima da normal.

16 Um prisma funciona como á agua nesse caso, fazendo a luz sofrer dispersão: Mas e se a luz branca estiver saindo da água (ou de um prisma) e indo para o ar?

17 Com isso conseguimos entender um dos fenômenos mais belos da natureza, o arco-íris. As gotículas de água em suspensão no ar funcionam como pequenos prismas. A luz do Sol, ao penetrar nessas gotículas, sofre dispersão, como podemos ver com mais detalhes na figura abaixo:

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