Aprendizagem em Física

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Raíssa Caiado
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1 Aprendizagem em Física 2 de junho de 2009 Ondas e som Referências básicas Arnold B. Arons Teaching Introductory Physics Parte I Capítulo 9 Waves and Light Outras leituras sugeridas: R. Driver, A. Squires, P. Rushworth & V. Wood-Robinson, Making Sense of Ordinary Science: research into children s ideas Cap. 18 (Sound) & Cap. 4 (parte Hearing) Alonso & Finn, Física vol. II Campos e Ondas (vários capítulos)

2 Lembrando a aula 8 (dia 28/4) Lembrando a aula 8 (dia 28/4) e discutimos como apresentar os conceitos de física ondulatória

3 ONDAS movimentos ondulatórios são movimentos em que uma propriedade física (campo eletromagnético, deformação de uma mola, pressão num gás, deformação de um sólido, deslocamento transversal de uma mola,...) é perturbada e esta perturbação se propaga através do espaço ao longo do tempo gerando uma onda associada à esta propriedade. características gerais de movimentos ondulatórios: - não é a matéria que se propaga, e sim o estado de movimento da matéria isto é, energia e quantidade de movimento são transferidas ou propagadas no movimento ondulatório CONCEITOS BÁSICOS (ex: movimento ondulatório numa corda vibrante) pulso de ondas - velocidade de propagação ( -> transferência de energia) - velocidade de deslocamento ( -> movimento da matéria) - a velocidade de propagação, numa onda transversal numa corda, é perpendicular à velocidade de deslocamento da matéria - a velocidade de propagação independe da amplitude do pulso - quando há aumento de tensão, a velocidade de propagação aumenta; isto é, a velocidade de propagação do pulso é determinada pelas propriedades físicas (no caso da corda, do meio) ONDA CONTÍNUA - frequência - comprimento de onda PDSW1.2 FENÔMENO DA REFLEXÃO - extremo fixo - extremo livre

4 FENÔMENOS ONDULATÓRIOS Interferência (Princípio da Superposição) ocorre quando dois ou mais movimentos ondulatórios coincidem no espaço e tempo (às vezes, dando origem a ondas estacionárias) Reflexão e Refração ocorrem quando uma onda atravessa uma superfície de separação entre dois meios (como consequência da dependência da velocidade da onda em relação às propriedades do meio) Difração (observada quando uma onda é deformada por um obstáculo com dimensões comparáveis ao comprimento de onda) Polarização (relacionada ao comportamento do deslocamento transversal da propriedade física) PDSW1.3 MODOS NORMAIS DE VIBRAÇÃO quando o meio possui uma condição de contorno (por exemplo, as extremidades da corda estão fixas, ou livres), há produção de pulso por reflexão e a interferência das duas ondas provoca... ondas estacionárias. PDSW1.4

5 ONDAS SONORAS FONTE SONORA TRANSMISSÃO RECEPÇÃO Driver Crianças sugerem que o som é produzido porque o objeto é feito de plástico ou borracha (...) Os mecanismos de produção de som apresentados por crianças são especivicos de contexto, os propostos para uma faixa de borracha sendo muito diferentes dos propostos para um tambor. No entanto, há três grupos principais de explicações: - os que envolvem os atributos físicos dos objetos (por exemplo, a dureza da membrana do tambor) - os que se referem à força necessária para produzir o som (por exemplo, a ação física de bater no tambor) - os que envolvem vibrações

6 A ideia de propagação do som não é expressa com facilidade por crianças. As dificuldades em pensar a respeito da propagação do som não estão restritas a crianças mais novas. Estudando alunos de cursos superiores, logo após sairem do ensino médio, (...) quatro conceitualizações de som foram encontradas: microscópicas (moléculas, som como coisa ): como uma grandeza carregada por moléculas individuais através de um meio como uma grandeza transferida de uma molécula para a outra através do meio macroscópicas (macroscópicas, propriedades do meio): como uma substância que viaja, usualmente na forma de ar fluindo como uma substância na forma de um padrão viajando ONDAS SONORAS FONTE SONORA fornece as principais características do som (fenômeno ondulatório) TRANSMISSÃO ondas de pressão no ar (fenômeno ondulatório) RECEPÇÃO ondas mecânicas (tímpano), ondas em fluido (interior), pulsos elétricos, percepção

7 PDSW2.1 a natureza das ondas sonoras (aplicativo: diapasão) tubo de chamas PDSW3.2 harmônicos numa corda PDSW3.6 espectro PDSW3.7

8 Física e Música curso a distância para estudantes do ensino médio (produto do mestrado de Eduardo Gama) Tarefa Reproduzir o cálculo (dinâmico) da velocidade de propagação - de um pulso numa corda (9.7, Almir, Felipe, José Fernando) - de um pulso num fluido (9.8, José Luiz, Leandro Nery, Leonardo) - de uma onda de superfície na água pouco profunda (9.9, Magali, Nelson, Otoniel) Obter a equação que descreve, para uma corda vibrante, uma onda estacionária - quando os dois extremos estão fixos (HMN, 2-5-7, Paulo Victor, Reynaldo, Sandro) - quando os dois extremos estão livres (HMN, 2-5-7, Vitor, Wanderley)

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