Prof. Marcelo Caldas Chaves

Transcrição

1 Prof. Marcelo Caldas Chaves

2 Ondas: Perturbações (vibrações) que se propagam transportando apenas energia. A propagação ondulatória não transporta matéria.

3 Vibrações Ondas Luz

4 Classificação das Ondas Quanto à Natureza Mecânicas: Resultam da matéria vibrando e só existem em meios materiais. Ex.: Ondas do mar, som, ondas em cordas,... Eletromagnéticas: Resultam da vibração de cargas elétricas e, se propagam em quaisquer meios inclusive no vácuo. Ex.: Luz, ondas de rádio, raios X, ultra violeta, infravermelho,...

5 Quanto à Direção de Vibração Mecânicas Transversais Longitudinais Eletromagnéticas transversais só

6 Transversais: Vibração perpendicular à propagação. Toda onda eletromagnética é transversal.

7 Longitudinais: Vibração paralela à propagação. Numa onda sonora as partículas do meio vibram pra frente e pra trás. λ λ Pressão alta (crista) Pressão baixa (vale)

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9 Unidimensionais: Propagamse em uma direção. Ex.: pulso numa corda. Quanto à Direção de Propagação Bidimensionais: Propagamse em duas direções. Ex.: ondas na superfície da água. Tridimensionais: Propagamse em três direções. Ex.: Luz, som e etc.

10 Ondas Periódicas V V p P M V M crista vale ou depressão

11 Elementos das Ondas Periódicas Comprimento de Onda λ Amplitude (A) Medida do nível de uma crista ou vale até a posição de equilíbrio. Período (T) Tempo para um ciclo completo. Freqüência (f) Número de oscilações (ciclos) por unidade de tempo. Depois de emitida a onda, sua freqüência não muda mais. f n o ciclos t Velocidade Só depende do meio de propagação da onda.

12 Elementos das Ondas Periódicas A A

13 f 1 f 2 f 2 f 1 < f 2

14 Fique ligado: Depois de emitida a onda, seu período e sua freqüência não mudam mais. A velocidade de uma onda só depende do meio onde ela está se propagando. ***A luz é mais rápida em meios menos densos, já o som é o contrário

15 Ondas Eletromagnéticas Raios gama: são emitidos por materiais radioativos e usados no tratamento de câncer e de muitas doenças de pele. Raios X: ajudam os médicos a tratar e a diagnosticar doenças. Raios ultravioleta: são usados como desinfetantes. Raios infravermelhos: são emitidos por corpos aquecidos e usados para secar pinturas. Ondas de rádio: são usadas pelas emissoras de rádio e televisão.

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17 Esquema de uma Onda Eletromagnética B Campo Magnético E Campo Elétrico

18 Animação de uma Onda Eletromagnética

19 Note que onde o som é mais rápido a luz é mais lenta! MEIO DE PROPAGAÇÃO VELOCIDADE DO SOM VELOCIDADE DA LUZ AR 340 m/s km/s ÁGUA m/s km/s

20 1Ciclo d = λ Δt = T v d 1.. f t T T v. f v.t

21 Exemplo: Uma onda periódica se propaga com freqüência de 30 Hz em um certo meio. Um segmento desta onda aparece na figura. Determine sua velocidade de propagação. f 30Hz 2 9cm 18cm v. f v v 540cm / s

22 Exemplo:De uma torneira caem gotas idênticas à razão de 3 a cada segundo, exatamente no centro da superfície livre da água. Os círculos da figura representam cristas,originadas pelas gotas. Determine a velocidade de propagação destas ondas. y(cm) 3gotas f 3Hz s f 3Hz v. f x(cm ) v 3.6 v 18cm / s λ= 6 cm

23 Ondas em Cordas A velocidade de uma onda em uma corda é dada pela fórmula de Taylor. v F L L m L F = força de tração na corda, em N; µ L = densidade linear da corda, em kg/m;

24 Exemplo: Uma corda de comprimento 3 m e massa 60 g é mantida tensa sob ação de uma força de intensidade 800 N. Determine a velocidade de propagação de um pulso nessa corda.

25 L = 3m m = 60 g = 0,06kg F = 800 N v F L 0,06 L 3 kg L 0, 02 m v 800 0,02 v v 200m/ s

26 Amortecimento de Ondas Uma onda amortecida, que vai se enfraquecendo gradualmente. A amplitude da onda vai diminuindo, e,consequentemente, a energia que ela transporta.

27 Reflexão de Ondas Unidimensionais Extremidade livre Extremidade fixa Pulso incidente V Pulso incidente V L L V Pulso refletido L L V Pulso refletido

28 Reflexão de Ondas Unidimensionais

29 Pulso incidente antes Pulso incidente antes V A V A L A L A depois Pulso refratado V B Pulso refletido V A L A depois Pulso refratado V B V A Pulso refletido L B L A L B Na refração de ondas, a frequência não se altera e, portanto, vale a relação a seguir: v A A v B B

30 Difração de ondas: Este fenômeno ondulatório explica a capacidade de uma onda em contornar obstáculos. A difração será acentuada quando λ Largura da fenda. Figura 01: A onda incidente passa pela fenda SEM sofrer difração. Houve apenas a colimação (estreitamento da onda). Figura 01 Figura 02 Figura 02: A onda incidente passa pela fenda sofrendo DIFRAÇÃO, MUDANDO SUA FORMA, sem alterar seu λ, sua velocidade e sua frequência.

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32 Interferência de Ondas Construtiva: Crista+Crista ou Vale+Vale A R = A 1 + A 2 Destrutiva: Crista+Vale A R = A 1 A 2

33 Experiência de Tomas Young (1801) utilizando uma Fenda Dupla.

34 Questão 01 Um violão possui seis cordas de mesmo comprimento L, porém, de massas diferentes. A velocidade de propagação de uma onda transversal em uma corda é dada por v T /, onde T é a tensão na corda e, sua densidade linear. A corda vibra no modo fundamental, no qual o comprimento L corresponde a meio comprimento de onda. Calcule a frequência da onda gerada, considerando que a corda tem 60 cm de comprimento, sua massa vale 6 grama e a tensão aplicada corresponde a 64 N.

35 Assista ao vídeo cujo endereço é:

36 Ao sintonizarmos uma estação de rádio ou um canal de TV em um aparelho, estamos alterando algumas características elétricas de seu circuito receptor. Das inúmeras ondas eletromagnéticas que chegam simultaneamente ao receptor, somente aquelas que oscilam com determinada frequência resultarão em máxima absorção de energia. O fenômeno descrito é a a) difração. b) ressonância. c) polarização. d) interferência. e) refração.

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38 Durante uma aula experimental de física, os estudantes construíram um sistema ressonante com pêndulos simples. As características de cada pêndulo são apresentadas no quadro. Inicialmente, os estudantes colocaram apenas o pêndulo A para oscilar. Quais pêndulos, além desse, passaram também a oscilar? a) 1, 2, 3, 4 e 5. b) 1, 2 e 3. c) 1 e 4. d) 1 e 5. e) 3 e 4.

39 (Fuvest 2014) O Sr. Rubinato, um músico aposentado, gosta de ouvir seus velhos discos sentado em uma poltrona. Está ouvindo um conhecido solo de violino quando sua esposa Matilde afasta a caixa acústica da direita (C d ) de uma distância l, como visto na figura abaixo. Em seguida, Sr. Rubinato reclama: _ Não consigo mais ouvir o Lá do violino, que antes soava bastante forte! Dentre as alternativas abaixo para a distância l, a única compatível com a reclamação do Sr. Rubinato é Note e adote: O mesmo sinal elétrico do amplificador é ligado aos dois altofalantes, cujos cones se movimentam em fase. A frequência da nota Lá é 440 Hz. A velocidade do som no ar é 330 m/s. A distância entre as orelhas do Sr. Rubinato deve ser ignorada. a) 38 cm b) 44 cm c) 60 cm d) 75 cm e) 150 cm

40 Baseado nas propriedades ondulatórias de transmissão e reflexão, as ondas de ultrassom podem ser empregadas para medir a espessura de vasos sanguíneos. A figura a seguir representa um exame de ultrassonografia obtido de um homem adulto, onde os pulsos representam os ecos provenientes das reflexões nas paredes anterior e posterior da artéria carótida. Suponha que a velocidade de propagação do ultrassom seja de m/s. Nesse sentido, a espessura e a função dessa artéria são, respectivamente: a) 1,05 cm transportar sangue da aorta para a cabeça. b) 1,05 cm transportar sangue dos pulmões para o coração. c) 1,20 cm transportar sangue dos pulmões para o coração. d) 2,10 cm transportar sangue da cabeça para o pulmão. e) 2,10 cm transportar sangue da aorta para a cabeça.

41 (Enem 2009) O progresso da tecnologia introduziu diversos artefatos geradores de campos eletromagnéticos. Uma das mais empregadas invenções nessa área são os telefones celulares e smartphones. As tecnologias de transmissão de celular atualmente em uso no Brasil contemplam dois sistemas. O primeiro deles é operado entre as frequências de 800 MHz e 900 MHz e constitui os chamados sistemas TDMA/CDMA. Já a tecnologia GSM, ocupa a frequência de MHz. Considerando que a intensidade de transmissão e o nível de recepção celular sejam os mesmos para as tecnologias de transmissão TDMA/CDMA ou GSM, se um engenheiro tiver de escolher entre as duas tecnologias para obter a mesma cobertura, levando em consideração apenas o número de antenas em uma região, ele deverá escolher: a) a tecnologia GSM, pois é a que opera com ondas de maior comprimento de onda. b) a tecnologia TDMA/CDMA, pois é a que apresenta Efeito Doppler mais pronunciado. c) a tecnologia GSM, pois é a que utiliza ondas que se propagam com maior velocidade. d) qualquer uma das duas, pois as diferenças nas frequências são compensadas pelas diferenças nos comprimentos de onda. e) qualquer uma das duas, pois nesse caso as intensidades decaem igualmente da mesma forma, independentemente da frequência.

42 Uma equipe de cientistas lançará uma expedição ao Titanic para criar um detalhado mapa 3D que vai tirar, virtualmente, o Titanic do fundo do mar para o público. A expedição ao local, a 4 quilômetros de profundidade no Oceano Atlântico, está sendo apresentada como a mais sofisticada expedição científica ao Titanic. Ela utilizará tecnologias de imagem e sonar que nunca tinham sido aplicadas ao navio, para obter o mais completo inventário de seu conteúdo. Esta complementação é necessária em razão das condições do navio, naufragado há um século. O Estado de São Paulo. Disponível em: em: 27 jul (adaptado). No problema apresentado para gerar imagens através de camadas de sedimentos depositados no navio, o sonar é mais adequado, pois a a) propagação da luz na água ocorre a uma velocidade maior que a do som neste meio. b) absorção da luz ao longo de uma camada de água é facilitada enquanto a absorção do som não. c) refração da luz a uma grande profundidade acontece com uma intensidade menor que a do som. d) atenuação da luz nos materiais analisados é distinta da atenuação de som nestes mesmos materiais. e) reflexão da luz nas camadas de sedimentos é menos intensa do que a reflexão do som neste material.

43 Alguns povos indígenas ainda preservam suas tradições realizando a pesca com lanças, demonstrando uma notável habilidade. Para fisgar um peixe em um lago com águas tranquilas o índio deve mirar abaixo da posição em que enxerga o peixe. Ele deve proceder dessa forma porque os raios de luz a) refletidos pelo peixe não descrevem uma trajetória retilínea no interior da água. b) emitidos pelos olhos do índio desviam sua trajetória quando passam do ar para a água. c) espalhados pelo peixe são refletidos pela superfície da água. d) emitidos pelos olhos do índio são espalhados pela superfície da água. e) refletidos pelo peixe desviam sua trajetória quando passam da água para o ar.

44 Nossa pele possui células que reagem à incidência de luz ultravioleta e produzem uma substância chamada melanina, responsável pela pigmentação da pele. Pensando em se bronzear, uma garota vestiu um biquíni, acendeu a luz de seu quarto e deitou-se exatamente abaixo da lâmpada incandescente. Após várias horas ela percebeu que não conseguiu resultado algum. O bronzeamento não ocorreu porque a luz emitida pela lâmpada incandescente é de a) baixa intensidade. b) baixa frequência. c) um espectro contínuo. d) amplitude inadequada. e) curto comprimento de onda.

45 Em um dia de chuva muito forte, constatou-se uma goteira sobre o centro de uma piscina coberta, formando um padrão de ondas circulares. Nessa situação, observouse que caíam duas gotas a cada segundo. A distância entre duas cristas consecutivas era de 25 cm e cada uma delas se aproximava da borda da piscina com velocidade de 1,0 m/s. Após algum tempo a chuva diminuiu e a goteira passou a cair uma vez por segundo. Com a diminuição da chuva, a distância entre as cristas e a velocidade de propagação da onda se tornaram, respectivamente, a) maior que 25 cm e maior que 1,0 m/s. b) maior que 25 cm e igual a 1,0 m/s. c) menor que 25 cm e menor que 1,0 m/s. d) menor que 25 cm e igual a 1,0 m/s. e) igual a 25 cm e igual a 1,0 m/s.

46 Ao diminuir o tamanho de um orifício atravessado por um feixe de luz, passa menos luz por intervalo de tempo, e próximo da situação de completo fechamento do orifício, verifica-se que a luz apresenta um comportamento como o ilustrado nas figuras. Sabe-se que o som, dentro de suas particularidades, também pode se comportar dessa forma. FIOLHAIS, C. Física divertida. Brasília: UnB, 2000 (adaptado). Em qual das situações a seguir está representado o fenômeno descrito no texto? a) Ao se esconder atrás de um muro, um menino ouve a conversa de seus colegas. b) Ao gritar diante de um desfiladeiro, uma pessoa ouve a repetição do seu próprio grito. c) Ao encostar o ouvido no chão, um homem percebe o som de uma locomotiva antes de ouvi-lo pelo ar. d) Ao ouvir uma ambulância se aproximando, uma pessoa percebe o som mais agudo do que quando aquela se afasta. e) Ao emitir uma nota musical muito aguda, uma cantora de ópera faz com que uma taça de cristal se despedace.