Sumário UNIDADE TEMÁTICA 2. 1.1- Comunicação de informação a curtas distâncias. - Transmissão de sinais. Sinais. - Propagação de um sinal: energia e velocidade de propagação (modelo ondulatório). Comunicação da informação a curtas distâncias A necessidade de comunicar é inerente à evolução da Humanidade e acompanha-nos desde sempre. A comunicação começou por ser feita a curtas distâncias mas, fruto do desenvolvimento da humanidade, surgiu a necessidade de se comunicar a grandes distâncias. Antes da escrita ter sido inventada o Homem desenvolveu e aperfeiçoou mecanismos de comunicação à distância como: os sinais de fumo, sinais luminosos e sinais sonoros. 1
Comunicação da informação O processo de envio e de receção propositado de informação chama-se comunicação. A mensagem é o que se pretende comunicar. Desde sempre o homem teve necessidade de comunicar e, ao longo do tempo, foi encontrando formas cada vez mais evoluídas de o fazer. Transmissão de sinais A palavra comunicação deriva do latim communicare, que significa "tornar comum", "partilhar", "conferenciar". Para que haja partilha, a comunicação pressupõe que haja uma passagem de informação entre duas partes (que podem ser individuais ou coletivas). Há, portanto, quatro elementos básicos envolvidos na comunicação: o emissor, o recetor, a mensagem e o meio de propagação. 2
Transmissão de sinais No processo de comunicação há sempre um emissor ou fonte, que produz um sinal que contém a informação a transmitir, e um recetor, que recebe e interpreta esse sinal. Exemplo de um emissor ou fonte, de um recetor, de uma mensagem e de um meio de propagação. O sinal emitido pela fonte propaga-se no espaço, o que requer algum tempo, pois essa propagação nunca é instantânea. Transmissão de sinais Outro Ex.: Um mergulhador está ligado ao seu navio-base por um cabo e comunica com o pessoal de bordo dando puxões nesse cabo. De acordo com um código combinado, um puxão dado de vez em quando significa que está tudo bem e vários puxões seguidos significa perigo... Neste caso, as perturbações (sinais) são modificações criadas no cabo e que se propagam ao longo deste. 3
Tipos de sinais Uma maneira de identificação, baseia-se na forma como o sinal se localiza no espaço e no tempo. Quanto à localização no tempo podem ser: - Contínuos se for definido para qualquer valor da variável tempo; - Curta duração quando se define somente em intervalos de tempo curtos e em instantes isolados. Estes sinais designam-se por impulsos (ou pulsos). Na prática, há sistemas que combinam sinais contínuos com outros de curta duração. Tipos de sinais Além destes tipos de sinais, há ainda: - Sinais periódicos que se repetem regularmente em intervalos de tempo fixos ou períodos; - Sinais não periódicos ou aperiódicos para os quais não há periodicidade na repetição. 4
Propagação de um sinal Duas pessoas seguram as extremidades de uma corda, mantendo-a esticada. Uma delas agita rapidamente a sua mão, para cima e para baixo, produzindo uma perturbação ou sinal de curta duração. Esse sinal a que chamamos impulso desloca-se ao longo da corda. À propagação de uma perturbação, tal como o impulso na corda, chamamos onda. Uma onda é a propagação de uma perturbação de uma região para outra do espaço. Propagação de um sinal Os sinais podem originar ondas que se propagam no espaço e no tempo. Ondas Mecânicas são ondas que necessitam de um meio material para se propagarem. Ex.: som, ondas numa corda, numa mola, na água, nos sismos. Ondas Electromagnéticas são ondas que não necessitam de um meio material para se propagarem podem viajar no vazio. (A radiação solar chega à Terra apesar de existir vazio entre o Sol e o nosso planeta). Ex.: ondas de rádio, raios X (radiações eletromagnéticas). 5
Propagação de um sinal Uma onda é um modo de transferência de energia. É ao transferir energia que um movimento ondulatório transmite informação (sinais). Essa transmissão faz-se no espaço e no tempo, sem que haja transferência de matéria. Propagação de um sinal - Propagação de um sinal em diferentes meios. 6
Ondas transversais e ondas longitudinais Ondas transversais - a perturbação dá-se na direção perpendicular à propagação da onda. Ondas longitudinais - a perturbação dá-se na direção da propagação da onda. Ex.: ondas transversais: Radiações eletromagnéticas. Ex.: ondas longitudinais: Som. Ondas transversais e ondas longitudinais Uma perturbação pode propagar-se transversalmente ou longitudinalmente que é o mesmo que dizer que uma onda pode ser transversal ou longitudinal. 7
Ondas transversais e ondas longitudinais Ondas transversais Ondas longitudinais http://www.kettering.edu/~drussell/demos/waves/wavemotion.html Ondas mecânicas «Em qualquer fenómeno ondulatório, existe sempre uma perturbação inicial que altera localmente uma propriedade física do meio.» ( ) Por exemplo, a propagação de uma onda mecânica consiste duma sucessão de perturbações no meio, em que este pode oscilar em torno da sua posição de equilíbrio. Não há deslocamento das partículas do meio na direção de propagação, apenas oscilações em torno das respetivas posições de equilíbrio. 8
Ondas mecânicas Durante a propagação do movimento ondulatório à superfície da água, a rolha move-se para baixo e para cima, em vaivém, realizando um movimento em torno de um ponto fixo (não é, radialmente, arrastada do local em que está). É a perturbação que se movimenta e se propaga. A água é o meio que permite a transmissão da perturbação de um ponto para outro da superfície. A perturbação também transfere energia para a rolha, mas não ocorre transferência de matéria. Ondas mecânicas Não há deslocamento das partículas do meio na direção de propagação, apenas oscilações em torno das respetivas posições de equilíbrio. 9
Ondas mecânicas São as propriedades do meio que impõem a existência de ondas transversais ou longitudinais. Gases: Apenas é possível ondas longitudinais. Sólidos: Podem propagar-se os dois tipos de ondas: p. ex. Ondas sísmicas dois tipos. Líquidos por exemplo no Mar: Ondas complexas: Sobreposição das duas. Fenómeno ondulatório e velocidade de propagação «Um fenómeno ondulatório caracteriza-se pela existência de uma perturbação inicial que altera localmente uma propriedade física do meio. Essa alteração é transmitida para outra região do espaço e chegará a um outro ponto após algum tempo». A velocidade de propagação de uma onda é a distância que a perturbação viaja na unidade de tempo. v s t 10
Velocidade de propagação de uma onda Velocidade de propagação de uma onda: É a distância percorrida pela perturbação por unidade de tempo. v s t Qual é a velocidade de propagação da onda em cada tipo de ondas (A e B)? Uma onda é um meio de transferir energia Em geral, a interpretação da propagação de um sinal por meio do modelo ondulatório tem algumas características: - A transmissão de um sinal faz-se de um ponto para o outro no espaço e no tempo sem que haja transferência de matéria. - Há transferência de energia durante a propagação de um sinal. - Um sinal demora um certo tempo a percorrer um espaço e, consequentemente, pode ser-lhe atribuída uma velocidade de propagação. Esse sinal transmite-se com velocidade diferente em diferentes meios. A velocidade de propagação depende das propriedades físicas do meio e não depende da quantidade de energia transferida inicialmente. 11
Exemplo Em qualquer tipo de ondas, transversais ou longitudinais, decorre sempre um intervalo de tempo entre a produção do sinal e a sua receção, podendo medir-se a velocidade de propagação da onda. Características de uma onda Período (T) é o intervalo de tempo entre a emissão de dois impulsos; só depende do período de oscilação da fonte emissora. Comprimento de onda (λ) é a distância que a onda avança ao fim de um período; depende do meio de propagação. Amplitude (A) máximo afastamento relativamente à posição média; depende da amplitude da fonte emissora. v s t v v f 12
Características de uma onda Período (T); Comprimento de onda ( ); Frequência (f); Amplitude (A). Características de uma onda Período (T); Comprimento de onda ( ); Frequência (f); Amplitude (A). 13
Características de uma onda Uma onda pode ter uma forma qualquer! No entanto: O comprimento de onda caracteriza a periodicidade da onda no espaço. O período caracteriza a periodicidade da onda no tempo. 14
O que é um movimento harmónico simples Quando se pretende eliminar ruídos na aparelhagem eletrónica utilizada em programas sonoros, os engenheiros eletrotécnicos e de som investigam o que acontece com os sinais harmónicos. - Os sinais harmónicos são sinusoidais e periódicos (são descritos matematicamente por uma função trigonométrica). - Os sinais harmónicos resultam de perturbações produzidas por osciladores animados de movimento harmónico simples. - Um oscilador descreve um movimento harmónico simples, num dado referencial, quando a sua coordenada de posição nesse referencial é uma função sinusoidal num dado intervalo de tempo. O que é um movimento harmónico simples Se puxarmos para baixo um corpo de massa m, colocado na extremidade de uma mola, e depois o largarmos verificamos que o corpo oscila. Se representarmos graficamente a variação da posição y em relação à posição de equilíbrio em função do tempo obtemos uma curva análoga à da função seno ou cosseno. Movimento periódico movimento harmónico simples Da análise do círculo trigonométrico, concluímos que: y = A sin a e sendo a = w t + α o se α o = 0 então y = A sin (w t) 15
Lei do movimento harmónico simples - MHS y = A sin α ou y = A sin (w t + α 0 ) y elongação do corpo oscilante A amplitude da oscilação α = (w t + α 0 ) é o ângulo de fase ou simplesmente fase w frequência angular do oscilador α 0 é a fase inicial ou fase na origem: determina o afastamento da posição de equilíbrio no instante t = 0 s Lei do movimento harmónico simples - MHS 16
Lei do movimento harmónico simples - MHS Lei do movimento: y = f ( t ) ou y = A sin (ω t) y = A cos (ω t) Sinal harmónico e onda harmónica ou sinusoidal y = A sin (w t) ou y = A cos (w t) A amplitude das oscilações 2 w T ou w 2 f ω velocidade ou frequência angular (T é o período do movimento periódico e f a respetiva frequência) y elongação do corpo oscilante. O seu valor máximo coincide com +A e o mínimo com -A Usar uma ou outra expressão depende apenas das condições iniciais de oscilação. 17
Sinal harmónico e onda harmónica ou sinusoidal Evolução no tempo de uma onda sinusoidal Evolução no espaço de uma onda sinusoidal Um sinal harmónico, com um dado período e uma dada frequência, pode propagar-se no espaço e no tempo através de uma onda harmónica ou sinusoidal. As grandezas que caracterizam as ondas harmónicas são: A amplitude (A); o comprimento de onda ( ); o período (T); a frequência (f) Como se forma uma onda sinusoidal? Uma onda sinusoidal possui uma periodicidade no espaço de valor igual ao c.d.o., λ. Representação temporal das vibrações sucessivas de pontos de um meio material, relativamente às suas posições de equilíbrio. A análise da progressão da onda permite afirmar que: - No instante t =T/2, a onda percorre o espaço de λ/2; -No instante t =T, a onda percorre o espaço de λ; - Etc. 18
Como se forma uma onda sinusoidal? Embora iniciem o movimento em instantes diferentes, cada partícula oscilará de acordo com a lei do MHS. Como se forma uma onda sinusoidal? 19
TPC 1. Fazer exercícios do livro, página 146. 20