Ondas_rbd

Fontes de informação Informações do mundo

Coleta de informações- Orgãos sensoriais

Processamento e armazenamento Os primórdios

Coleta de informação era essencial - proteção contra predadores - busca de alimentos

Um novo olhar para o mundo- o bicho homem procurou entender melhor os fenômenos ao seu redor

Do registro em cavernas aos dispositivos de gravação eletrônicos Um novo olhar para o mundo - primeiro olhou para o céu

Um novo olhar para o mundo - depois construiu lunetas e em seguida telescópios

Um novo olhar para o mundo - magnificado com as estrelas e movido pela curiosidade o bicho inventor desenvolveu o microscópio

Um novo olhar para o mundo …hoje temos aceleradores de partículas para desvendar os segredos dos átomos e do cosmo.

É sabido, mas muitas vezes esquecido que a ciência é uma construção humana e como tal, está repleta de contradições e dúvidas, mas, ainda assim, é determinante para o domínio político e econômico. “A ciência contemporânea, construída especialmente no mundo ocidental nos últimos três séculos, tornou-se uma cultura global como parte de um processo amplo e contraditório, de caráter político e também econômico, que promoveu ganhos e perdas culturais, progresso e miséria material, equívocos e conquistas intelectuais. De toda forma ela se tornou um instrumento de pensar e do fazer de tal forma essencial, que privar qualquer sociedade atual da cultura científica é, em muitos aspectos, sentenciá-la a duradoura submissão econômica e a provável degradação social e, porque não dizer, é também excluí-la de uma bela aventura do espírito humano”(Menezes, notas de aula, 2001, p.4).

Fenômenos muito diferentes entre si, como o som, a luz, os sinais de rádio e os terremotos, têm em comum característica de serem ondas. De fato, costumamos falar em ondas sonoras, ondas luminosas, ondas de rádio e ondas sísmicas. O conceito de onda é bastante abrangente, pois é utilizado em todos os campos da Física. Quando jogamos uma pedra na água, forma-se, no ponto em que ela cai, uma perturbação em forma de círculo que se alarga com o passar do tempo: sobre a superfície da água é criada uma onda que se propaga rumo ao exterior. No entanto, o movimento dessa perturbação, que vai alcançando pontos cada vez mais distantes, não constitui um transporte de matéria.

Propriedade fundamental de uma onda: - transporta energia, sem propagação de matéria; - a energia passa, mas meio fica.

Ondas mecânicas: são produzidas pela deformação de um meio material. - precisam de um meio material para se propagar - som, ondas numa corda, ondas em líquidosOndas tridimensionais ondas unidimensionais ondas bidimensionais

Nosso sistema auditivo Cóclea “desenrolada”

Ondas eletromagnéticas: São produzidas por cargas elétricas aceleradas.- além de se propagarem em meios materias, também se propagam no vácuo - raio gama, raio x, ultravioleta, luz visível, infravermelho, microondas, ondas de rádio e tv, rede elétirca

Tipos de ondasOnda transversalA vibração do meio é perpendicular à direção de propagação. Exemplo: onda numa corda.Onda longitudinalA vibração do meio ocorre na mesma direção que a propagação. Ex: ondas em uma mola, ondas sonoras no ar. Onda mistaÉ produzida por vibrações transversais e longitudinais ao mesmo tempo. Ex.: ondas em superfícies líquidas e som nos sólidos.

Grandezas que caracterizam uma onda

Amplitude Período (T):- intervalo de tempo correspondente a um evento completoFrequência (F): - número de eventos por unidade de tempoF = n / Dt (Hertz = Hz)n – número de voltasDt – Tempo em segundosF = 1/T (1/s = Hz)Nota: Para n = 1 evento, temos Dt = T1rpm = uma rotação por minuto = 1/60s = (1/60) Hz

Frequência : está associada a fonte emissora da frente de ondas. - Baixa (som grave)O ouvido humano não está calibrado para responder mecanicamente às perturbações provocadas por ondas infra-sônicas e ultra-sônicas . As ondas infra-sônicas são produzidas, por exemplo, por um abalo sísmico. Os ultra-sons podem ser ouvidos por certos animais como morcego e o cão.- Alta (som agudo)

Comprimento de onda ( l )ComprimentoT1AAmplitudeT20T0T4- AT3Comprimento

Comprimento de onda:Crista vale

Velocidade de propagação da energia associada a ondaVDS =lV = l.F =DS / DtNota: a velocidade das ondasEletromagnéticas no vácuo é3.108m/s.Quando uma onda troca de meioa frequência permanece constantel

Timbre - Define a forma da onda resultante quando levamos em conta todas as ondas produzidas num mesmo instrumento.

Resumindo - Propriedade fundamental das ondas: - Transportam energia, sem transporte de matéria. - Natureza física das ondas: - Mecânicas ou eletromagnéticas. - Grandezas que caracterizam uma onda: - frequência, período, comprimento, velocidade, amplitude. F = 1 / T ou T = 1 / F (Hz =1/s)VAV = l.F =DS / DtDS =l

Exemplos de aplicação1) A figura representa uma onda periódica que se propaga numa corda com velocidade v = 10 m/s. Determine a freqüência dessa onda, o período e a amplitude.V = 10 m/sl = 5 m F = ?V = l.FA =?F = V / lF = 10 / 5F = 2 HzPela figura: A = 2mT = 1/FT = ½T=0,5 s

Exemplos de aplicação2) Um conjunto de ondas periódicas transversais , de freqüência 20 Hz, propaga-se em uma corda. A distância entre uma crista e um vale adjacente é de 2m. Determine: A) o comprimento de onda; B) a velocidade da onda.a) l / 2 = 2l = 2.2

V = 80 m/s2mF = 20 Hz/2= 2 ma) l = ?b) V =?

Exemplos de aplicação3) Ondas periódicas produzidas no meio de uma piscina circular de 6m de raio por uma fonte de freqüência constante de 2 Hz demoram 10 s para atingir a borda da piscina. Qual o comprimento de onda dessa vibração? V = l.F =DS / Dt6 ml.F = DS / Dt= DS / Dt . F

= 0,3 mDS = 6 mDt = 10 sF = 2 Hzl = ?

Exemplos de aplicação4) Determine o comprimento de onda de uma estação de rádio que transmite em 1000 kHz. Lembrando que a velocidade das ondas eletromagnéticasno vácuo ou no ar éaproximadamente igual a 3 . 108 m/s, e que o prefixok vale 1000.= v/F

= 3.108.10-6l = 3.102mV = l.F F = 1000 kHz F = 103.10³HzF = 106Hz

Nosso sistema fonadorA FALA- Na laringe estende-se um tecido esticado com duas pregas: as cordas vocais. São elas que vibram quando falamos. Comumente as cordas vocais estão relaxadas nos dois lados da laringe. O ar passa entre as cordas vocais sem produzir som. Quando você fala ou canta, seu cérebro envia mensagens pelos nervos até os músculos que controlam as cordas vocais. Os músculos fazem a aproximação das cordas de modo que fique apenas um espaço estreito entre elas. Quando o diafragma e os músculos do tórax empurram o ar para fora dos pulmões, diferenças de pressão no ar provocam vibrações das cordas vocais...

Nosso sistema fonador …. e é na caixa ressonante que o som vai ganhar qualidade.

Ondas estacionárias em cordas, série harmônica e ressonânciaO som produzido pelas pregas vocais é constituido pela soma devárias ondas que geram uma sequência chamada de série Harmônica1° Harmônico (fundamental)L = l1/2 ; l1= 2.LF1 = v/l1 ; F1 =1.v / 2.L2° HarmônicoL = 2.l2/2 ; l2= 2.L/2F2 = v/l2 ; F2 =2.v / 2.L3° HarmônicoL = 3.l3/2 ; l3 = 2.L/3F3 = v/l3 ; F3 =3.v / 2LLnónóventre

Ondas estacionárias em cordas, série harmônica e ressonância1° Harmônico (fundamental)L = l1/2 ; l1= 2.LF1 = v/l1 ; F1 =1.v / 2.L2° HarmônicoL = 2.l2/2 ; l2= 2.L/2F2 = v/l2 ; F2 =2.v / 2.L3° HarmônicoL = 3.l3/2 ; l3 = 2.L/3F3 = v/l3 ; F3 =3.v / 2LGeneralizando:Fn = n.v / 2.Ln = 1,2,3,4…Nota:V, é a velocidade com a qualA energia se propaga na corda.

Ondas estacionárias em cordas, série harmônica e ressonânciaGeneralizando:Fn = n.v / 2.Ln = 1,2,3,4…TTmLÉ comum escrevermos à expressão acima em funçãoda desnsidade linear (s) da corda e da tensão (T)em suas extremindades. Neste caso basta fazer v = √T/s.Sendo s = m / L

Exemplos de aplicaçãoUma corda de comprimento 3 m e massa 60 g é mantida tensa sob ação de uma força de intensidade 800 N. Determine a velocidade de propagação de um pulso nessa corda e a frequência do sexto harmônico.s = 60.10-3 / 3= 2.10-2kg/mV = (800/2.10-2)½V = 200 m/sF = 6.200/2.3F = 200 HzL = 3mm = 60 g = 60.10-3kgT = 800 Nv = ? m/sF = ? Hz p/ n =6

Nosso sistema auditivoO ouvido consiste em 3 partes básicas -oouvido externo, o ouvido médio, e o ouvido interno. Cada parte serve para uma função específica para interpretar o som. O ouvido externo serve para coletar o som e o levar por um canal ao ouvido médio. O ouvido médio serve para transformar a energia de uma onda sonora em vibrações internas da estrutura óssea do ouvido médio e finalmente transformar estas vibrações em uma onda de compressão ao ouvido interno. O ouvido interno serve para transformar a energia da onda de compressão dentro de um fluido em impulsos nervosos que podem ser transmitidos ao cérebro.

Nosso sistema auditivo Ondas estacionárias em tubos sonoros, série harmônica e ressonância. Tubos sonoros abertos em uma das extremidades.1° Harmônico (fundamental)L = l1/4 ; l1= 4.LF1 = v/l1 ; F1 =1.v / 4.L3° HarmônicoL = 3.l3/4 ; l3= 4.L/3F3 = v/l3 ; F3 =3.v / 4.L5° HarmônicoL = 5.l5/4 ; l5 = 4.L/5F3 = v/l5 ; F5 =5.v / 4.LL

Ondas estacionárias em tubos sonoros, série harmônica e ressonância.1° Harmônico (fundamental)L = l1/4 ; l1= 4.LF1 = v/l1 ; F1 =1.v / 4.L3° HarmônicoL = 3.l3/4 ; l3= 4.L/3F3 = v/l3 ; F3 =3.v / 4.L5° HarmônicoL = 5.l5/4 ; l5 = 4.L/5F5 = v/l5 ; F5 =5.v / 4.LGeneralizando:Fn = n.v / 4.Ln = 1,3,5…Nota:V, é a velocidade com a qual a energia (som) se propaga no interior do tubo.

Ondas estacionárias em tubos abertos, série harmônica e ressonância. Tubos sonoros abertos nas duas extremidades.1° Harmônico (fundamental)L = l1/2 ; l1= 2.LF1 = v/l1 ; F1 =1.v / 2.L2° HarmônicoL = 2.l2/2 ; l2= 2.L/2F2 = v/l2 ; F2 =2.v / 2.L3° HarmônicoL = 3.l3/2 ; l3 = 2.L/3F3 = v/l3 ; F3 =3.v / 2LN=1N=2N=3N=4L

Ondas estacionárias em tubos sonoros, série harmônica e ressonância1° Harmônico (fundamental)L = l1/2 ; l1= 2.LF1 = v/l1 ; F1 =1.v / 2.L2° HarmônicoL = 2.l2/2 ; l2= 2.L/2F2 = v/l2 ; F2 =2.v / 2.L3° HarmônicoL = 3.l3/2 ; l3 = 2.L/3F3 = v/l3 ; F3 =3.v / 2LGeneralizando:Fn = n.v / 2.Ln = 1,2,3,4…Nota:V, é a velocidade com a quala energia (som) se propaga no interior tubo.

Ressonância Quando a frequência de excitação é aproximadamente igual a frequência natural do oscilador, a energia absorvida pelo oscilador é máxima. Por isso, a frequência natural do sistema é denominada frequência de ressonância. Exemplos: forno de microondas, alarmes acionados por controle remoto, células ciliadas do orgão de Corti (interior da membrana basilar)…

Exemplos de aplicação1) U. F. Juiz de Fora-MG O “conduto auditivo” humano pode ser representado da forma aproximada por um tubo cilíndrico de 2,5 cm de comprimento (veja a figura). (Dado: velocidade do som no ar: 340 m/s)A freqüência fundamental do som que forma ondas estacionárias nesse tubo é:Fn = n.v / 4.Ln = 1,3,5…F1 = 1 . 340 / 4 . 2,5 . 10-2F1 = 3400 Hz = 3,4 kHzL = 2,5 cm = 2,5.10-2mv = 340 m/sF1=?

Exemplos de aplicação2) Um tubo de comprimento L1, aberto nas duas extremidades, e um outro de comprimento L2, aberto apenas numa das extremidades, têm mesma frequência fundamental de vibração. Calcule L1/L2.Considerando que a velocidade do somNo interior dos tubos é a mesma temos:Aberto: Fechado:F1a = 1 . V / 2.L1 F1F = 1.V / 4.L2 Aberto nas duas extremidadesFn = n.v / 2.Ln = 1,2,3,4…Aberto numa das extremidadesFn = n.v / 4.Ln = 1,3,5…F1a = F1F

A velocidade do som , os meios de propagação e o efeito Doppler.

O efeito Doppler Esse efeito, foi explicado pelo austríaco Christian Doppler (1803-1853) em 1843 e tem aplicações importantes. Foi por meio dele que aprendemos que o Universo vem se expandindo desde que surgiu no big bang. O astrofísico americano Edwin Hubble (1889-1953), em 1929, descobriu que as galáxias distantes estão, quase sem exceção, se afastando muito rapidamente de nós. Se a velocidade com que a galáxia se afasta for realmente grande, a luz que ela envia e chega até nós terá um desvio para frequências mais baixas, do mesmo modo que o som de uma buzina se afastando fica mais grave.

Explicando o efeito Doppler A velocidade do som , os meios de propagação e o efeito Doppler.

Explicando o efeito Doppler . Na aproximação: a frequência percebida(fo) é maior que a frequência da fonte (ff)

Explicando o efeito Doppler . No afastamento: a frequência percebida(fo) é menor que a frequência da fonte (ff)

Explicando o efeito Doppler Para o efeito Doppler sonoro temos:Vs – velocidade do som emrelação ao solo.Vo – velocidade do ouvinteem relação ao solo.Vf – velocidade da fonte em relação ao solo.ff – frequência da fonte.fo – frequência ouvida.Os sinais + ou – devem ser usadosCom base no referencial acima

Um trem apita com frequência de 400 Hz. Você é um observador estacionário e ouve o apito, mas o ouve com frequência de 440 Hz. Qual é a velocidade com que o trem se aproxima de você? dado: vs = 340 m/s. Como a frequência ouvida é maior que a frequência emitida pela fonte, concluimos que o trem (fonte) está se aproximando do ouvinte, assim, de acordo com o referencial sua velocidade será negativa.ff = 400 Hzfo = 440 Hz Vo = 0Vs = 340 m/sVf = ?440 / (340 +0) = 400 / (340 - Vf)(340 - Vf) = 400 . 340 / 440 340 – Vf = 309Vf = 31 m/s

A velocidade do somO som, como sabemos, viaja através de ondas, usando um meio de propagação, no caso o ar, mas ele pode se propagar em outros meios, sejam estes sólidos ou líquidos. Essas ondas provocam variações de pressão no meio em que se propagam, que ao chegar em nosso timpano, causam a sensação fisiológica do som.A velocidade do som no ar em condições normais é de 340 m/s, entretanto essa velocidade pode variar de acordo com a temperatura e densidade do meio.

Velocidade do som em alguns meios

Exemplo de aplicaçãoUm observador ouve duas vezes, com 22 s de intervalo, uma explosão que se produziu no mar e cujo barulho se propagou pela água e pelo ar. A que distância está o observador do lugar da explosão, sabendo-se que a velocidade do som é de 340 m/s no ar e 1 440 m/s na água? 9792 mFazendo (I) = (II)1440.t = 340.t + 74801100.t = 7480t = 6,8 s Portanto para t = 6,8s em (I) temos:S = 1440.6,8S = 9792 mPela água:S = SO + Va.tS = 0 + 1440.tS = 1440.t (I)Pelo ar:S = SO + VAR .TS = 0 + 340. (t + 22)S = 340.t + 7480 (II)

Propriedade fundamental de uma onda:transporta energia sem transportar matéria.

As ondas, têm outras propriedades além da fundamental.InterferênciaPolarização ReflexãoDifração Refração

Reflexão de ondas:Quando uma onda que se propaga em um dado meio encontra umasuperfície que separa esse meio do outro, ela pode, totalmente ouparcialmente, retornar ao meio em que estava se propagando.Nota: Na reflexão o comprimentode onda, a velocidade e afrequência da onda não variam.

Reflexão de ondas em cordasExtremidade fixa Se a extremidade é fixa, o pulso sofre reflexão com inversão de fase, mantendo todas as outras característicaExtremidade livre Se a extremidade é livre, o pulso sofre reflexão e volta ao mesmo semiplano, isto é, ocorre sem inversão de fase.

Interferência Princípio da superposição:

Refração: A refração ocorre quando a onda muda seu meio de propagação. Neste caso, sua velocidade e seu comprimento mudam, mas a frequência permanece a mesma.Ondas em cordasOndas eletromagnéticas (luz)

Cor e velocidade da luz{Vermelho – menor FAlaranjadoAmareloVerdeAzulAnilVioleta – maior Fveralam-verazanviLuz branca solarA velocidade da luz na matéria varia de uma cor para outra. Quantomais a velocidade da luz é reduzidanuma refração, maior será o desviona sua propagação.

Refração: A refração ocorre quando a onda muda seu meio de propagação. Neste caso, sua velocidade e seu comprimento mudam, mas a frequência permanece a mesma.Lembrar:V = l= l.FTV – velocidade da onda no meioT – períodoF – Frequêncial – comprimento

Cor e frequência:No intervalo do espectro eletromagnético correspondente à luz visível,cada frequência determina a sensação de uma cor.

Transmissão seletiva e dispersão

1580 - 16261596 - 1650Lei de Snell – Descartesn1.senq1 = n2.senq2n – índice de refraçãoCálculo do índice de refração:n = c/vc – velocidade da luz no vácuov – velocidade da luz no meioíndice de refração relativo:n1,2 = n1/n2N

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