20/01/2014 ONDAS 1. INTRODUÇÃO
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- Vitória Chaplin Weber
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1 ONDAS 1. INTRODUÇÃO Quando uma pessoa liga um aparelho de rádio ou de televisão, imediatamente recebe a mensagem emitida pela estação de rádio ou TV (música, voz do locutor, imagens). Esses aparelhos foram fabricados convenientemente para receber o som e a imagem codificados através de ondas. O controle remoto da TV, o forno de microondas, a telefonia celular têm, também, o funcionamento baseado na propagação de ondas. Todas essas ondas são invisíveis ao olho humano, mas existem as visíveis, como as formadas numa corda ou na água. 2.ONDAS As ondas originam-se em meios elásticos como cordas, superfície da água, do ar etc. Fazendo-se um rápido movimento oscilatório vertical na extremidade de uma corda tensa e horizontal, forma-se uma onda que se propaga ao longo do seu comprimento. Quando a água de um lago é tocada, propagam-se ondas através da sua superfície. 1
2 Tanto na corda como na superfície da água, a onda (ou perturbação) propaga-se de maneira contínua, ponto por ponto. Cada ponto adquire, momentaneamente, energias cinética e potencial, pois movimenta-se para cima e para baixo, voltando à sua posição de equilíbrio após a passagem da onda. Portanto: ONDAS: são movimentos oscilatórios que se propagam num meio. Nesses movimentos, apenas a energia é transferida, não havendo transporte de matéria. NATUREZA DAS ONDAS As ondas podem ter natureza mecânica ou eletromagnética. ONDAS MECÂNICAS: resultam de deformações provocadas em meios materiais elásticos, transportando apenas energia mecânica. Por isso, as ondas mecânicas não se propagam no vácuo, mas apenas na matéria. Exemplos: Ondas em cordas, ondas na superfície de um líquido, ondas sonoras etc. 2
3 ONDAS ELETROMAGNÉTICAS: Resultam de vibrações de cargas elétricas, transportando energia sob a forma de quanta ("pacotes" de energia). Por isso, as ondas eletromagnéticas propagam-se no vácuo e em alguns meios materiais. Exemplos: ondas luminosas (luz), ondas de rádio ou TV, microondas, raios X ou y, raios cósmicos etc. TIPOS E CLASSIFICAÇÕES DAS ONDAS As ondas podem ser do tipo transversal, longitudinal ou mista dependendo da direção do movimento vibratório das partículas, relativamente à sua direção de propagação. ONDAS TRANSVERSAIS: aquelas em que a direção do movimento vibratório é perpendicular à direção de propagação. Exemplo: ondas propagando-se numa corda e ondas eletromagnéticas 3
4 ONDAS LONGITUDINAIS: aquelas em que a direção ao movimento vibratório coincide com a direção de propagação. Exemplo: ondas sonoras propagando-se no ar e ondas numa mola tensa, depois de ser esticada ou comprimida. ONDAS MISTAS: as partículas do meio vibram longitudinal e transversalmente. Exemplo: Som nos sólidos e ondas que se propagam na superfície dos líquidos. 4
5 As ondas também podem ser classificadas quanto ao número de dimensões da propagação de energia em: ONDAS UNIDIMENSIONAIS: a energia propaga-se linearmente (numa única direção), como na corda, que é um meio unidimensional. ONDAS BIDIMENSIONAIS: a energia propaga-se superficialmente, como na superfície da água, que é um meio bidimensional. ONDAS TRIDIMENSIONAIS: a energia propaga-se no espaço, que é um meio tridimensional, como as ondas sonoras e as ondas luminosas (eletromagnéticas). OBSERVAÇÃO: Quando ocorre modificações das condições físicas de um ponto de um meio, dizemos que houve uma PERTURBAÇÃO. O conjunto dos pontos atingidos pela perturbação, num determinado instante, recebe o nome de frente de onda. Veja que a frente de onda é uma circunferência e a onda é chamada onda circular. A trajetória dos pontos descrita pela frente de onda é denominada raio de onda. 5
6 As ondas bidimensionais podem ser retas ou circulares, conforme a forma das frentes de onda. Ondas retas podem ser produzidas, por exemplo, quando se bate na superfície da água com uma régua. Ondas circulares se formam quando se bate com a extremidade de um lápis num ponto da superfície da água. As ondas tridimensionais, conforme a forma das frentes de onda, podem ser planas ou esféricas. Uma membrana vibrando no ar produz ondas planas. Uma fonte luminosa pontual, emitindo luz em todas as direções do espaço, produz ondas esféricas. 6
7 EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO 1) Uma onda pode ser classificada em: a) mecânica ou eletromagnética; b) longitudinal, transversal ou mista; c) puntiforme, circular, reta, plana ou esférica; d) unidimensional, bidimensional ou tridimensional. Com base nas informações anteriores, como você classificaria as ondas que surgem em uma corda tensa quando se realiza um movimento de sobe-e-desce em sua extremidade livre? E as ondas luminosas emitidas por uma pequena lâmpada? 2) Analise as proposições a seguir: (01) 0 som é uma onda mecânica. (02) A luz é uma onda eletromagnética. (04) 0 som no ar é uma onda longitudinal. (08) A luz é uma onda transversal. (16) O som e a luz se propagam no vácuo. (32) Todas as ondas eletromagnéticas são visíveis. Dê como resposta a soma dos números associados às proposições corretas. 3) 0 fenômeno físico que caracteriza uma onda é: a) o transporte de energia. b) o transporte de matéria. c) o transporte simultâneo de matéria e de energia. d) a ausência tanto de transporte de energia como de matéria. e) Nenhuma das respostas anteriores. 7
8 4) Frente de onda é: a) o mesmo que raio de onda. b) o conjunto dos pontos atingidos ao mesmo tempo por uma dada perturbação. c) o mesmo que fonte de onda. d) o conjunto de todos os pontos do meio em que a onda está se propagando. e) o ponto que é inicialmente perturbado. 5) Raio de onda é: a) o mesmo que frente de onda. b) o conjunto dos pontos atingidos ao mesmo tempo por uma dada perturbação. c) o conjunto de todos os pontos do meio onde a onda se propaga. d) uma linha orientada perpendicular à frente de onda, servindo para indicar a direção e o sentido de propagação. e) o raio da frente de onda quando esta é circular ou esférica. 6) Analise as afirmativas a seguir e indique a correia. a) As ondas de rádio não se propagam no vácuo. b) As ondas luminosas não se propagam na água. c) A luz emitida por uma estrela é uma onda mecânica. d) As ondas sonoras transportam energia até nossos ouvidos, provocando a vibração do tímpano. e) As ondas sonoras que se propagam num sólido são exclusivamente longitudinais. 7) Entre as afirmações seguintes há uma errada. Qual? a) Os raios de onda são sempre perpendiculares à frente de onda. b) Toda onda transporta energia, sem transportar matéria. c) Nas ondas planas, as frentes de onda são superfícies esféricas concêntricas com a fonte. d) À medida que uma onda se propaga num meio, os pontos atingidos pela perturbação repetem o movimento da fonte. e) Nas ondas bidimensionais retas, as frentes de ondas são retas paralelas. 8
9 8) A onda que se propaga numa corda tensa é transversal porque: a) os pontos da corda acompanham o movimento da onda ao longo da corda. b) os pontos da corda repetem o movimento da fonte ao serem atingidos pela onda. c) a direção de propagação da onda é perpendicular à direção em que se movimentam os pontos da corda. d) a direção de propagação coincide com a direção em que se movimentam os pontos da corda. e) a corda oferece uma única direção à propagação das ondas. 9) As ondas luminosas e as ondas sonoras: a) são transversais. b) são longitudinais. c) necessitam de um meio material para se propagar. d) propagam-se no vácuo e em certos meios materiais. e) propagam-se com velocidades diferentes, e a das ondas luminosas no vácuo é muito maior que a do som no ar. 10) Considere as seguintes afirmações. I. As ondas mecânicas não se propagam no vácuo. II. As ondas eletromagnéticas se propagam somente no vácuo. III. A luz se propaga tanto no vácuo como em meios materiais, por isso é uma onda eletromecânica. Assinale: a) se somente a afirmação I for verdadeira. b) se somente a afirmação II for verdadeira. c) se somente as afirmações I e II forem verdadeiras. d) se somente as afirmações I e III forem verdadeiras. e) se as três afirmações forem verdadeiras. 11) Assinale qual das ondas citadas é longitudinal. a) Ondas em uma corda. b) Ondas na superfície da água. c) Ondas luminosas. d) Ondas eletromagnéticas, e) Ondas sonoras nos fluídos. 9
10 12) Ondas mecânicas são do tipo longitudinal, transversal ou mistas. Numa onda transversal, as partículas do meio: a) não se movem. b) movem-se numa direção perpendicular à de propagação. c) movem-se numa direção paralela à de propagação. d) realizam movimento cuja trajetória é senoidal. e) realizam movimento retilíneo uniforme. 13) Considere os seguintes fenómenos ondulatórios: I. Luz. II. Som. III. Perturbação propagando-se numa mola esticada. Agora, assinale a afirmação correta. a) I, II e III necessitam de um meio material para se propagar. b) I é transversal, II é longitudinal e III tanto pode ser longitudinal como transversal. c) I é longitudinal, II é transversal e III é longitudinal. d) I e III podem ser longitudinais. e) Somente III é longitudinal. 10
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