Fenómenos ondulatórios

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1 Fenómenos ondulatórios

2 Relação entre a velocidade de propagação da onda, o comprimento da onda e o período: v. f ou v T

3 Reflexão de ondas Na reflexão de ondas, o ângulo de reflexão r é igual ao ângulo de incidência i e na frequência, a velocidade de propagação e o comprimento de onda não variam.

4 Refração de ondas É o fenómeno no qual uma onda, ao incidir numa superfície, muda de meio de propagação, alterando-se a velocidade e o comprimento de onda, mas mantendo-se constante a frequência da onda.

5 Sendo 1 o meio de incidência e 2 o meio de emergência: sen( i sen( i 1 2 ) ) v v

6 Duas oscilações com pequena diferença nas suas frequências quando somadas, produzem o fenómeno do BATIMENTO: TONNNNN... Toonnnnnn... TOINHoIIIII...!

7 Várias ondas, quando convenientemente somadas podem tomar a forma de um pulso: =

8 Como cada onda tem diferente frequência, a sua velocidade de propagação será diferente e, com o tempo, o pulso perde a sua amplitude original. O fenómeno da dispersão de um pulso pode não ocorrer devido a não linearidades. - Aí temos um SOLITÃO que também é um pulso dispersivo mas neste caso há uma compensação.

9 O sistema com uma distribuição bidimensional de massa também tem comportamento ondulatório. Quando são dadas as condições de contorno para a livre oscilação teremos situações em que os máximos e mínimos serão regidos por suas frequências harmónicas características ou tons e também sobretons.

10 Polarização A polarização é um fenómeno ondulatório característico das ondas transversais como as ondas luminosas. As ondas apresentam um único plano de vibração.

11 Vejamos a seguinte situação de polarização de uma onda:

12 Difração Uma particularidade das ondas e que serve para identificar um fenómeno ondulatório daquele causado por um feixe de partículas é a difração. Inicialmente identificado já no século XVII por Francesco Maria Grimaldi.

13 Difração É o fenómeno pelo qual as ondas conseguem contornar obstáculos. É tanto mais acentuado quanto maior o comprimento de onda. Por isso, a difração sonora é mais acentuada e mais facilmente perceptível que a difração luminosa.

14 Princípio da superposição A perturbação da onda resultante em cada ponto do meio, durante a superposição, é a adição das perturbações que seriam causadas pelas ondas separadamente.

15 Interferência É o fenômeno resultante da superposição de duas ou mais ondas. Onda estacionária Figura de interferência determinada pela superposição de ondas de mesma frequência f, mesmo comprimento de onda λ e mesma amplitude a que se propagam em sentidos opostos num mesmo meio.

16 Por exemplo, a onda estacionária pode ser obtida numa corda tensa, pela superposição das ondas incidentes e refletidas numa extremidade fixa.

17 Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido. VV N 1 N 2 2 V N 1 1 4

18 Sendo: V (ventres): pontos da corda que oscilam com amplitude máxima (A = 2a). N (nós ou nodos): pontos da corda que não vibram.

19 Interferência em duas dimensões Considere duas fontes F1 e F2 produzindo ondas com frequência e amplitude iguais e em fase. = x 2 - x 1 : diferença entre os caminhos percorridos pelas ondas que se superpõem em P.

20 Ondas em fase: interferência construtiva p 2 (p : número par) interferência destrutiva i 2 (i : número ímpar)

21 Ondas em oposição de fase: interferência construtiva i 2 (i : número ímpar) interferência destrutiva p 2 (p : número par)

22 Interferência em ondas luminosas Experiência de Young (interferência de ondas luminosas em fase) A interferência de ondas luminosas demonstrando que a luz é um fenômeno ondulatório foi comprovada por Thomas Young. dy L

23 Franja clara: interferência construtiva 2 Franja escura: interferência destrutiva p (p : número par) i 2 (i : número ímpar)

24 Difração A difração foi estudada por Fresnel, dentre outros, a partir do século XIX. A difração caracteriza-se por uma dispersão do fenómeno ondulatório para regiões além da sua linha de propagação original.

25 Difração Ondas podem ser geradas coerentemente i.é. mesmo quando temos uma grande quantidade de ondas provenientes de uma fonte elas não Interferem entre sí porque suas fases e comprimentos de onda são iguais. Um exemplo simples de uma fonte coerente de oscilações é a cuba de ondas.

26 Difração O melhor exemplo de uma fonte coerente é a luz Laser. Na cuba de ondas é fácil obter figuras de interferência assim como num feixe de luz laser. Isto não significa que tomando-se as medidas técnicas necessárias não se possa obter figuras de interferência partindo de uma fonte incoerente de luz.

27 Difração - A coerência de uma fonte pode ser do tipo temporal ou espacial. - Quando consideramos uma parte muito pequena de um feixe de luz, a coerência espacial e temporal tende a prevalecer mesmo no caso de uma fonte incoerente.

28

29 Anéis de Newton (interferência numa lâmina de ar de espessura variável) Newton obteve experimentalmente uma figura de interferência numa lâmina de ar de espessura variável que se tornou conhecida como anéis de Newton. lente plano-convexa ponto de contato

30 Anéis de Newton observados por luz refletida Anéis de Newton observados por luz refletida Anéis de Newton observados por luz transmitida Anéis de Newton observados por luz refletida

31 INTERFERÊNCIA A = A1 + A2

32 A = A1 A2

33 Ondas sonoras As ondas sonoras são ondas mecânicas longitudinais. Resultam da compressão e rarefacção alternada das partículas do meio.

34 Ondas sonoras cristas ventres As ondas sonoras são também chamadas ondas de pressão.

35 O QUE É SOM? São ondas mecânicas que se propagam em meios materiais.

36 PROPRIEDADES FÍSICAS DO SOM Difração Reflexão Interferência Refração Efeitos de transmissão, absorção e dispersão das ondas

37 As ondas sonoras são longitudinais.

38 LONGITUDINAL: A ONDA PROPAGA-SE NA MESMA DIREÇÃO DO PULSO

39 VELOCIDADE DO SOM V sólido > V líquido > V gasoso

40 FREQUÊNCIA AUDÍVEL Infrassom Audível Ultrassom 20 Hz Hz VELOCIDADE DO SOM NO AR 340 m/s a 20º 330 m/s a 0ºC

41 ALTURA: diferencia sons graves (baixo) de sons agudos (alto). Está relacionado à frequência da onda. A A agudo grave

42 INTENSIDADE (VOLUME): diferencia sons fortes de sons fracos. Está relacionado à amplitude da onda. A A Fraco Forte

43 TIMBRE: diferencia sons de mesma altura, mesma intensidade tocados em instrumentos diferentes. Está relacionado à forma da onda. Som Musical Simples Música, etc Imagens: SEE-PE

44 RESSONADORES Cada instrumento musical possui uma "assinatura - um conjunto de características sonoras a ele associado que permite uma descrição matematicamente precisa dos sons que produz. O som pode ser representado pela soma de diversas ondas individuais, conhecidas como componentes de Fourier. O resultado acústico da combinação de amplitudes, tempo de duração de cada um dos harmónicos presentes no som resultante, tipo do material de que é feito o instrumento e a forma de excitação do ar produz a forma sonora peculiar de cada instrumento, conhecida como timbre.

45 NÍVEL SONORO é a relação entre a intensidade do som ouvido e a intensidade mínima. LIMIAR DE AUDIÇÃO: I 0 = W/m 2 I 10.log 10 ( I 0 ) unidade : decibel( db)

46 Sons Limiar de audição Sussurose Riso suave Escritório com máquinas de escrever Conversas em Lar tranquilo Tráfego urbano Sirene de Barco e Oficina de calderaria Sensação dolorosa Intensidade Sonora (db) ECO é a reflexão do som.

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