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Ondas
Ondas
As ondas possuem diversas aplicações em nosso cotidiano. Elas estão
presentes:
• Nos sons que ouvimos;
• Na música produzida por um instrumento musical;
• Nos sinais de TV, rádio e celular;
• Na internet Wi-Fi;
• Nos microondas;
• Nas luzes;
E em diversas outras situações!
O que é uma onda?
Quando fazemos um movimento rápido pra
cima e pra baixo em uma corda esticada,
provocamos uma perturbação, chamada de
pulso, cujo movimento na direção da corda
chama-se onda.
Logo, as ondas são perturbações que se
propagam, transportando energia sem
transportar matéria.
O que é uma onda?
Se a perturbação for periódica, ou seja, se repetir, teremos uma onda como a
descrita abaixo.
Ondas na água
Mais um exemplo de onda presente no nosso cotidiano:
Natureza das ondas
Ondas mecânicas: são as ondas
que, para se propagarem, precisam
de um meio material.
Ex: ondas em cordas, ondas na
água, ondas em molas, som, abalos
sísmicos (terremotos), etc.
Natureza das ondas
Ondas eletromagnéticas: não precisam de
um meio material, podem se propagar no
vácuo.
Elas podem se propagar com velocidade
de 300.000 Km/s ou 3.000.000 m/s
(velocidade da luz!)
Ex: luz, ondas de rádio, TV e celular, Wi-Fi,
radiação infravermelha e ultravioleta,
raios X, etc.
Tipos de onda
Ondas transversais: a direção de propagação é perpendicular a direção de
vibração. É o caso das ondas em cordas e de ondas eletromagnéticas.
Ondas longitudinais: são aquelas onde a direção de vibração e de propagação
são iguais. É o caso de ondas em molas e do som.
Onda transversal
Onda longitudinal
Ondas do mar
As ondas do mar são ondas mistas, ou seja, possuem vibrações transversais e
longitudinais.
Classificação das ondas
Quanto à dimensão de propagação, as ondas
podem ser classificadas em:
Unidimensionais: se propagam apenas em
uma dimensão, como onda em cordas e
molas.
Bidimensionais: ondas que se propagam em
uma superfície, como as ondas na água.
Tridimensionais: ondas que se propagam em
todas as direções, como a luz e o som.
Elementos de uma onda
Cristas – são os pontos mais altos da onda.
Vales – são os pontos mais baixos da onda.
Amplitude (A) - é a distância do meio da onda a uma crista ou vale.
Comprimento de onda (λ) – é a distância entre duas cristas ou dois vales.
Período (T)
Um movimento é dito periódico quando se repete em intervalos de tempo
regulares; o tempo que esse fenômeno leva pra se repetir é chamado
período.
Em um movimento circular, por exemplo, o período é o tempo necessário
para se completar uma volta.
Em uma onda, o período é o tempo necessário para uma oscilação completa.
Frequência (f)
• É a quantidade de vezes que um fenômeno ocorre por unidade de tempo. Por
exemplo, o coração de um ser humano normal, em repouso, bate cerca de 80
vezes por minuto. 80 bpm (batimentos por minuto) seria a frequência cardíaca
neste caso.
• Em uma onda, a frequência é o número de oscilações por intervalo de tempo.
• Por exemplo, se uma onda oscila 4 vezes a cada segundo:
• F =
4 𝑜𝑠𝑐𝑖𝑙𝑎çõ𝑒𝑠
1 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜
= 4 Hz, onde Hz (Hertz) é a unidade de medida de frequência.
• Se uma onda possuir frequência de 10 Hz, significa que a cada segundo ela
oscila 10 vezes!
Frequência (f)
A primeira onda possui
frequência de 3 Hz, ou seja, a
cada segundo completa 3 ciclos
ou oscilações.
A segunda onda possui
frequência de 10 Hz, portanto
em um segundo completa 10
ciclos ou oscilações.
OBS: A frequência padrão das ondas de Wi-Fi é de 2,4 GHz,
ou 2,4 x 109 Hz = 2.400.000.000 Hz!
Frequência e período
O período e a frequência se relacionam da seguinte forma:
f =
1
𝑇
Exemplo: Uma onda oscila 120 vezes por minuto. Calcule sua frequência em Hertz
e seu período em segundos.
Frequência
f =
120 𝑜𝑠𝑐𝑖𝑙𝑎çõ𝑒𝑠
1 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜
f =
120 𝑜𝑠𝑐𝑖𝑙𝑎çõ𝑒𝑠
60 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠
f = 2 Hz
Período
como f =
1
𝑇
, temos:
2 =
1
𝑇
T =
1
2
T= 0,5 segundos
Velocidade da onda
Existem duas maneiras para calcular a velocidade com que uma onda se propaga:
v =
λ
𝑇
ou ainda v = λ . f
Exemplo: A distância entre duas cristas de uma onda vale 10 cm, e o período da
onda vale 0,5 s. Qual a velocidade de propagação desta onda?
1ª maneira:
v =
λ
𝑇
=
10 cm
0,5 𝑠
= 20 cm/s
2ª maneira:
f =
1
𝑇
=
1
0,5
= 2 Hz
v = λ . f
v = 10. 2
v = 20 cm/s
Frequência e comprimento de onda da luz
visível
As cores que enxergamos nada mais são do que ondas eletromagnéticas, que
possuem cada uma seu comprimento de onda e sua frequência.
Ondas sonoras
Ondas sonoras
A maioria dos sons são ondas produzidas pela
vibração de algum meio material.
Por exemplo, em um piano, violão ou guitarra,
o som é produzido pela vibração de uma corda.
Em um saxofone, por uma palheta vibrante, e
em uma flauta, pela vibração da coluna de ar
no tubo.
A voz humana é gerada pela vibração das
cordas vocais.
Ao contrário das ondas do mar ou em uma
corda, as ondas sonoras não podem ser vistas.
Natureza das ondas sonoras
As ondas sonoras são ondas mecânicas
(necessitam de um meio material para se
propagar) e longitudinais (a direção de
vibração coincide com a direção de
propagação).
Por serem ondas mecânicas, não podem
se propagar no vácuo!
Logo, os filmes tipo Star Wars não
poderiam ter barulho de explosões em
pleno espaço sideral!!!
Como se formam as ondas sonoras?
Elas se formam por meio da compressão e da rarefação
das moléculas de ar.
Quando uma vibração no ar é produzida, como num
batuque em uma panela, uma batida de palmas ou até
mesmo um grito, as moléculas do ar se contraem e
depois se expandem, produzindo zonas de contração e
rarefação, respectivamente.
Como se formam as ondas sonoras?
Esse processo é semelhante ao movimento de uma mola, quando uma onda a
atravessa: o balanço de uma mola para a frente e para trás produz regiões
mais contraídas e outras mais expandidas, como mostra a figura abaixo.
O ouvido humano
O ouvido humano é capaz de captar frequências de
20 Hz até 20.000 Hz.
Esse intervalo compreende os sons audíveis.
Se a frequência for inferior a 20 Hz (infrassons) ou
superior a 20.000 Hz (ultrassons) não percebemos,
isto é, não poderemos ouvir o som.
Infrassons e ultrassons
As ondas infra-sônicas e ultra-sônicas não são audíveis pelo ouvido humano,
mas existem animais (toupeira, elefante e tigre, por exemplo) que são de
captar os infrassons, conseguindo ouvir as ondas dos tremores de
terra (poucos Hz).
Infrassons e ultrassons
Já os ultrassons podem ser ouvidos por certos animais como morcego (até
160.000 Hz), o golfinho (até 100.000 Hz), o cão e o gato (até 40.000 Hz) e
também utilizados na medicina (ecocardiografia, ultra-sonografia obstétrica,
etc) .
Velocidades da luz e do som
É bem comum, em um dia chuvoso, a formação de raios e trovões. É fácil
perceber que os raios são vistos primeiramente, e o trovão é ouvido apenas
após um certo intervalo de tempo. Isso ocorre devido à diferença entre as
velocidades da luz e do som, que valem respectivamente:
velocidade da luz no ar = 300.000.000 m/s
velocidade do som no ar = 340 m/s
Qualidades fisiológicas do som
O aparelho auditivo (ouvido) do ser humano é capaz de
distinguir certas características do som, denominadas qualidades
sonoras, que são três: altura, intensidade e timbre.
1. Altura
É a qualidade sonora relacionada a
frequência do som.
Ondas sonoras com frequências baixas
são chamadas de sons graves.
ex: som de uma corneta, do barulho de
um trovão, do bumbo de uma bateria, do
surdo de uma escola de samba, das notas
musicais produzidas por um contrabaixo,
etc.
1. Altura
• Já as ondas sonoras com
frequências altas são chamadas
de sons agudos.
• ex: som de um apito, de uma
guitarra, de uma flauta, dos
pratos de uma bateria, etc.
• Sons que possuem alta
frequência são, por vezes,
irritantes, como o barulho de um
giz arrastando na lousa. Esse som
possui frequência da ordem de
10.000 Hz.
1. Altura
1. Altura
A voz humana compreende uma faixa de frequência entre 1.000 e 2.000 Hz.
Essa faixa de frequência é conhecida como sons médios.
De uma forma geral, a voz feminina é mais aguda (voz fina) e a masculina é
mais grave (voz grossa).
Notas musicais
• Existem sete notas musicais:
DÓ – RÉ – MI – FÁ – SOL – LÁ – SI
• As notas musicais são caracterizadas por suas
frequências.
• Quando um instrumento musical emite notas
musicais diferentes, está emitindo sons de
diferentes frequências.
2. Intensidade
É a qualidade sonora que nos permite distinguir
um som forte de um som fraco. Está relacionada
com a energia transportada pela onda.
Quando mexemos no botão de volume, é a
intensidade e não a altura do som que alteramos!
A intensidade do som está relacionada com a sua
amplitude. Quanto maior a amplitude, mais
intenso é o som.
2. Intensidade (cont.)
Sons fortes: som de uma britadeira, som
do motor de um avião, etc.
Sons fracos: som das asas de uma mosca,
do tic-tac de um relógio, do caminhar de
uma pessoa, etc.
O barulho no cotidiano
O decibel (dB) é a unidade de medida utilizada
para calcular o nível de intensidade sonora, como
se pode observar na tabela ao lado, que mostra
algumas situações do cotidiano.
Acima de 85 dB, o potencial auditivo pode
diminuir e, dependendo do tempo de exposição a
essa fonte de ruído, danos permanentes à audição
podem ocorrer.
Quanto mais forte o som, menor o tempo
necessário para provocar uma lesão. Acima de 115
dB, os danos podem ser irreversíveis.
3. Timbre
O que permite diferenciar a mesma nota
musical sendo tocada por uma flauta ou por
um piano?
O cérebro humano é capaz de diferenciar o
formato dessas ondas de mesma frequência.
Essa característica é conhecida como timbre.
Quando se ouve uma banda tocar uma música,
em um determinado instante, eles tocam a
mesma nota, porém é possível diferenciar o
violão do contrabaixo, por exemplo.

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Ondas: propriedades, tipos e aplicações

  • 2. Ondas As ondas possuem diversas aplicações em nosso cotidiano. Elas estão presentes: • Nos sons que ouvimos; • Na música produzida por um instrumento musical; • Nos sinais de TV, rádio e celular; • Na internet Wi-Fi; • Nos microondas; • Nas luzes; E em diversas outras situações!
  • 3. O que é uma onda? Quando fazemos um movimento rápido pra cima e pra baixo em uma corda esticada, provocamos uma perturbação, chamada de pulso, cujo movimento na direção da corda chama-se onda. Logo, as ondas são perturbações que se propagam, transportando energia sem transportar matéria.
  • 4. O que é uma onda? Se a perturbação for periódica, ou seja, se repetir, teremos uma onda como a descrita abaixo.
  • 5. Ondas na água Mais um exemplo de onda presente no nosso cotidiano:
  • 6. Natureza das ondas Ondas mecânicas: são as ondas que, para se propagarem, precisam de um meio material. Ex: ondas em cordas, ondas na água, ondas em molas, som, abalos sísmicos (terremotos), etc.
  • 7. Natureza das ondas Ondas eletromagnéticas: não precisam de um meio material, podem se propagar no vácuo. Elas podem se propagar com velocidade de 300.000 Km/s ou 3.000.000 m/s (velocidade da luz!) Ex: luz, ondas de rádio, TV e celular, Wi-Fi, radiação infravermelha e ultravioleta, raios X, etc.
  • 8. Tipos de onda Ondas transversais: a direção de propagação é perpendicular a direção de vibração. É o caso das ondas em cordas e de ondas eletromagnéticas. Ondas longitudinais: são aquelas onde a direção de vibração e de propagação são iguais. É o caso de ondas em molas e do som. Onda transversal Onda longitudinal
  • 9. Ondas do mar As ondas do mar são ondas mistas, ou seja, possuem vibrações transversais e longitudinais.
  • 10. Classificação das ondas Quanto à dimensão de propagação, as ondas podem ser classificadas em: Unidimensionais: se propagam apenas em uma dimensão, como onda em cordas e molas. Bidimensionais: ondas que se propagam em uma superfície, como as ondas na água. Tridimensionais: ondas que se propagam em todas as direções, como a luz e o som.
  • 11. Elementos de uma onda Cristas – são os pontos mais altos da onda. Vales – são os pontos mais baixos da onda. Amplitude (A) - é a distância do meio da onda a uma crista ou vale. Comprimento de onda (λ) – é a distância entre duas cristas ou dois vales.
  • 12. Período (T) Um movimento é dito periódico quando se repete em intervalos de tempo regulares; o tempo que esse fenômeno leva pra se repetir é chamado período. Em um movimento circular, por exemplo, o período é o tempo necessário para se completar uma volta. Em uma onda, o período é o tempo necessário para uma oscilação completa.
  • 13. Frequência (f) • É a quantidade de vezes que um fenômeno ocorre por unidade de tempo. Por exemplo, o coração de um ser humano normal, em repouso, bate cerca de 80 vezes por minuto. 80 bpm (batimentos por minuto) seria a frequência cardíaca neste caso. • Em uma onda, a frequência é o número de oscilações por intervalo de tempo. • Por exemplo, se uma onda oscila 4 vezes a cada segundo: • F = 4 𝑜𝑠𝑐𝑖𝑙𝑎çõ𝑒𝑠 1 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜 = 4 Hz, onde Hz (Hertz) é a unidade de medida de frequência. • Se uma onda possuir frequência de 10 Hz, significa que a cada segundo ela oscila 10 vezes!
  • 14. Frequência (f) A primeira onda possui frequência de 3 Hz, ou seja, a cada segundo completa 3 ciclos ou oscilações. A segunda onda possui frequência de 10 Hz, portanto em um segundo completa 10 ciclos ou oscilações. OBS: A frequência padrão das ondas de Wi-Fi é de 2,4 GHz, ou 2,4 x 109 Hz = 2.400.000.000 Hz!
  • 15. Frequência e período O período e a frequência se relacionam da seguinte forma: f = 1 𝑇 Exemplo: Uma onda oscila 120 vezes por minuto. Calcule sua frequência em Hertz e seu período em segundos. Frequência f = 120 𝑜𝑠𝑐𝑖𝑙𝑎çõ𝑒𝑠 1 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜 f = 120 𝑜𝑠𝑐𝑖𝑙𝑎çõ𝑒𝑠 60 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠 f = 2 Hz Período como f = 1 𝑇 , temos: 2 = 1 𝑇 T = 1 2 T= 0,5 segundos
  • 16. Velocidade da onda Existem duas maneiras para calcular a velocidade com que uma onda se propaga: v = λ 𝑇 ou ainda v = λ . f Exemplo: A distância entre duas cristas de uma onda vale 10 cm, e o período da onda vale 0,5 s. Qual a velocidade de propagação desta onda? 1ª maneira: v = λ 𝑇 = 10 cm 0,5 𝑠 = 20 cm/s 2ª maneira: f = 1 𝑇 = 1 0,5 = 2 Hz v = λ . f v = 10. 2 v = 20 cm/s
  • 17. Frequência e comprimento de onda da luz visível As cores que enxergamos nada mais são do que ondas eletromagnéticas, que possuem cada uma seu comprimento de onda e sua frequência.
  • 19. Ondas sonoras A maioria dos sons são ondas produzidas pela vibração de algum meio material. Por exemplo, em um piano, violão ou guitarra, o som é produzido pela vibração de uma corda. Em um saxofone, por uma palheta vibrante, e em uma flauta, pela vibração da coluna de ar no tubo. A voz humana é gerada pela vibração das cordas vocais. Ao contrário das ondas do mar ou em uma corda, as ondas sonoras não podem ser vistas.
  • 20. Natureza das ondas sonoras As ondas sonoras são ondas mecânicas (necessitam de um meio material para se propagar) e longitudinais (a direção de vibração coincide com a direção de propagação). Por serem ondas mecânicas, não podem se propagar no vácuo! Logo, os filmes tipo Star Wars não poderiam ter barulho de explosões em pleno espaço sideral!!!
  • 21. Como se formam as ondas sonoras? Elas se formam por meio da compressão e da rarefação das moléculas de ar. Quando uma vibração no ar é produzida, como num batuque em uma panela, uma batida de palmas ou até mesmo um grito, as moléculas do ar se contraem e depois se expandem, produzindo zonas de contração e rarefação, respectivamente.
  • 22. Como se formam as ondas sonoras? Esse processo é semelhante ao movimento de uma mola, quando uma onda a atravessa: o balanço de uma mola para a frente e para trás produz regiões mais contraídas e outras mais expandidas, como mostra a figura abaixo.
  • 23. O ouvido humano O ouvido humano é capaz de captar frequências de 20 Hz até 20.000 Hz. Esse intervalo compreende os sons audíveis. Se a frequência for inferior a 20 Hz (infrassons) ou superior a 20.000 Hz (ultrassons) não percebemos, isto é, não poderemos ouvir o som.
  • 24. Infrassons e ultrassons As ondas infra-sônicas e ultra-sônicas não são audíveis pelo ouvido humano, mas existem animais (toupeira, elefante e tigre, por exemplo) que são de captar os infrassons, conseguindo ouvir as ondas dos tremores de terra (poucos Hz).
  • 25. Infrassons e ultrassons Já os ultrassons podem ser ouvidos por certos animais como morcego (até 160.000 Hz), o golfinho (até 100.000 Hz), o cão e o gato (até 40.000 Hz) e também utilizados na medicina (ecocardiografia, ultra-sonografia obstétrica, etc) .
  • 26. Velocidades da luz e do som É bem comum, em um dia chuvoso, a formação de raios e trovões. É fácil perceber que os raios são vistos primeiramente, e o trovão é ouvido apenas após um certo intervalo de tempo. Isso ocorre devido à diferença entre as velocidades da luz e do som, que valem respectivamente: velocidade da luz no ar = 300.000.000 m/s velocidade do som no ar = 340 m/s
  • 27. Qualidades fisiológicas do som O aparelho auditivo (ouvido) do ser humano é capaz de distinguir certas características do som, denominadas qualidades sonoras, que são três: altura, intensidade e timbre.
  • 28. 1. Altura É a qualidade sonora relacionada a frequência do som. Ondas sonoras com frequências baixas são chamadas de sons graves. ex: som de uma corneta, do barulho de um trovão, do bumbo de uma bateria, do surdo de uma escola de samba, das notas musicais produzidas por um contrabaixo, etc.
  • 29. 1. Altura • Já as ondas sonoras com frequências altas são chamadas de sons agudos. • ex: som de um apito, de uma guitarra, de uma flauta, dos pratos de uma bateria, etc. • Sons que possuem alta frequência são, por vezes, irritantes, como o barulho de um giz arrastando na lousa. Esse som possui frequência da ordem de 10.000 Hz.
  • 31. 1. Altura A voz humana compreende uma faixa de frequência entre 1.000 e 2.000 Hz. Essa faixa de frequência é conhecida como sons médios. De uma forma geral, a voz feminina é mais aguda (voz fina) e a masculina é mais grave (voz grossa).
  • 32. Notas musicais • Existem sete notas musicais: DÓ – RÉ – MI – FÁ – SOL – LÁ – SI • As notas musicais são caracterizadas por suas frequências. • Quando um instrumento musical emite notas musicais diferentes, está emitindo sons de diferentes frequências.
  • 33. 2. Intensidade É a qualidade sonora que nos permite distinguir um som forte de um som fraco. Está relacionada com a energia transportada pela onda. Quando mexemos no botão de volume, é a intensidade e não a altura do som que alteramos! A intensidade do som está relacionada com a sua amplitude. Quanto maior a amplitude, mais intenso é o som.
  • 34. 2. Intensidade (cont.) Sons fortes: som de uma britadeira, som do motor de um avião, etc. Sons fracos: som das asas de uma mosca, do tic-tac de um relógio, do caminhar de uma pessoa, etc.
  • 35. O barulho no cotidiano O decibel (dB) é a unidade de medida utilizada para calcular o nível de intensidade sonora, como se pode observar na tabela ao lado, que mostra algumas situações do cotidiano. Acima de 85 dB, o potencial auditivo pode diminuir e, dependendo do tempo de exposição a essa fonte de ruído, danos permanentes à audição podem ocorrer. Quanto mais forte o som, menor o tempo necessário para provocar uma lesão. Acima de 115 dB, os danos podem ser irreversíveis.
  • 36. 3. Timbre O que permite diferenciar a mesma nota musical sendo tocada por uma flauta ou por um piano? O cérebro humano é capaz de diferenciar o formato dessas ondas de mesma frequência. Essa característica é conhecida como timbre. Quando se ouve uma banda tocar uma música, em um determinado instante, eles tocam a mesma nota, porém é possível diferenciar o violão do contrabaixo, por exemplo.