Atividade experimental - Ressonância

Transcrição

1 Atividade experimental - Ressonância A atividade experimental é indicada para auxiliar na compreensão do fenômeno de ressonância. Para reproduzir os experimentos abaixo, o usuário deverá providenciar os materiais relacionados, tais como quatro taças de vinho, sendo duas grandes e duas pequenas, um diapasão e um sistema de pêndulos simples com barbantes e pesos. Faça os experimentos e responda às perguntas relacionadas. Objetivo: Identificar e explicar o fenômeno da ressonância. Vibrações forçadas e frequência natural: a ressonância dos corpos Se segurarmos um diapasão, como o ilustrado na figura ao lado, e o colocarmos a vibrar, o som emitido será muito fraco. Mas, se o apoiarmos no tampo de uma mesa, após o percutirmos, o som produzido será mais intenso. A razão é que o tampo da mesa é forçado a vibrar e, com sua superfície mais extensa, colocará em movimento uma maior quantidade de ar próximo a si. O tampo da mesa pode ser posto a vibrar por um diapasão de qualquer frequência. Este constitui um caso de vibração forçada. Diapasão O mecanismo de uma caixa de música é montado sobre uma tampa de ressonância para que ocorra algo parecido com o que ocorre com o diapasão sobre a mesa. Sem essa caixa, é difícil se escutar o som produzido. Os tampos de ressonância são importantes em todos os instrumentos musicais. É o caso, por exemplo, de um violão. Quando alguém deixa uma régua de metal cair no chão, nós provavelmente não confundiremos o som emitido com o de uma régua de madeira, ao bater no chão. Isto porque os dois objetos vibram de maneiras diferentes. Se você bater de leve em uma régua de metal, as vibrações que ela produzirá serão diferentes das de uma régua de madeira, ou de qualquer outro material. Qualquer objeto formado por um material elástico, quando perturbado, vibrará com seu próprio conjunto de frequências particulares, que, juntas, formam seu som próprio. Falamos, então, na frequência natural de um objeto, a qual depende de um conjunto de fatores, tais como a elasticidade e a forma do objeto. Os diapasões, por exemplo, vibram em suas próprias frequências características. E, curiosamente, a maioria das coisas, desde planetas a átomos ou praticamente qualquer outra coisa, possui elasticidade própria e vibra em uma ou mais frequências naturais.

2 Quando a frequência da vibração forçada de um objeto se iguala à frequência natural dele, ocorre um dramático aumento da amplitude de vibração. Esse fenômeno é chamado de ressonância. Uma experiência comum que ilustra a ressonância pode ser realizada com um balanço de criança. Quando fazemos um balanço oscilar, o fazemos num ritmo que é igual à sua frequência natural. Mesmo pequenos empurrões dados, se dados em ritmo com a frequência natural de oscilação do balanço, produzirão grandes amplitudes. Observe a figura ao lado. Ela representa uma taça de cristal, no momento em que é quebrada pela ação da voz de um cantor. Como isso é possível? EXPLIQUE. Outro fenômeno associado à ressonância consiste na percepção de sons parecidos com o barulho do mar que se ouve quando uma concha é colocada junto ao ouvido. A concha torna mais intensos os sons leves que estão presentes em qualquer lugar, ressoando com eles no mesmo tom. Esses sons, naturalmente, não são sons do mar, a menos que você esteja ouvindo a concha à beira da praia. A ressonância não se restringe ao movimento oscilatório. Ela ocorre sempre que impulsos sucessivos são aplicados sobre um objeto vibrante, em ritmo com sua frequência natural. Em 1831, tropas de cavalaria marchando ao longo de uma ponte para pedestres, próxima a Manchester, Inglaterra, inadvertidamente, causaram o colapso da ponte, quando o ritmo da marcha se igualou à frequência natural da estrutura. Desde então, tornou-se costume ordenar às tropas que percam o passo ao atravessar pontes para que não ocorra ressonância. Outro desastre de ponte, mostrado na figura abaixo, ocorreu em 1940, nos Estados Unidos. Esse acidente foi causado pela ressonância gerada pela ação do vento. Se você pesquisar na internet, encontrará o impressionante vídeo do acidente.

3 Colapso da ponte de Tacoma Narrows, no estado americano de Washington. Experimentos 1. Outros casos de ressonância Ponha duas taças idênticas perto uma da outra. Use um canudinho de plástico e coloque-o sobre a borda de uma das taças. Umedeça a ponta de seu dedo e esfregue-o com suavidade pela borda da outra taça. Observe o comportamento da taça que está sendo esfregada e do objeto colocado sobre a outra taça. Em seguida, faça o que se pede. A) EXPLIQUE a origem do som proveniente da taça. B) EXPLIQUE o comportamento do objeto sobre a taça. 1.1 REPITA o procedimento acima, porém, agora, com as taças menores.

4 C) EXPLIQUE a diferença no som produzido pelas taças grandes e pelas taças pequenas, em termos da frequência do som produzido por cada tamanho de taça. D) Em qual das taças (grandes ou pequenas) é mais fácil realizar o experimento? EXPLIQUE o motivo desta diferença em termos da amplitude. 2. Transferência de energia por ressonância Um conjunto de quatro pêndulos está amarrado a um barbante, como ilustrado na figura a seguir. Os pêndulos K e N possuem o mesmo comprimento; os pêndulos L e M, também têm comprimentos idênticos, porém, menores do que os de K e N. Pêndulos em ressonância Observe a demonstração que será realizada pelo seu professor. Em seguida, faça o que se pede. A) EXPLIQUE o movimento adquirido pelo pêndulo N, em função do movimento do pêndulo K.

5 B) EXPLIQUE o comportamento dos pêndulos de menor comprimento, quando apenas o pêndulo K é colocado para oscilar.