(1) O documento discute o conceito de ondas, classificando-as quanto à sua natureza, forma e direção de propagação. (2) Apresenta exemplos de ondas mecânicas e eletromagnéticas e descreve fenômenos ondulatórios como reflexão, refração e ressonância. (3) Discutem aplicações tecnológicas como fornos de micro-ondas e transmissão de rádio e TV.
2. ONDA
Podemos definir onda como uma variação de uma grandeza física que se propaga no espaço. É um distúrbio que
se propaga e pode levar sinais ou energia de um lugar para outro. “Energia em movimento”.
Propaga energia, mas não matéria.
https://www.youtube.com/watch?v=t6fOIQimm_Y
CBC
7.1.1.
24.1.1
3.
4. Vamos tratar as oscilações mais simples
i.é. regidas pela lei de Hook. F=k.x
Modos de Oscilação
Torção Oscilação
Antissimétrico Simétrico
5. CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS QUANTO:
A NATUREZA
ONDAS MECÂNICAS
ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
FORMA
Ondas Transversais
Ondas Longitudinais
Ondas Mistas
A DIREÇAO DE PROPAGAÇÃO
UNIDIMENSIONAL
BIDIMENSIONAL
TRIDIMENSIONAL
CBC
7.1.2.
7.1.3
6. ONDAS MECÂNICAS
Necessitam de meio material para se propagarem.
(Não se propagam no vácuo)
• Ondas sonoras
• Ondas em cordas
• Ondas na superfície de um líquido
7. • Ondas luminosas
• Ondas de radio
• Ondas de raios X
• Ondas de raio laser
• Ondas de TV
• Ondas de radar
ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
Não necessitam de meio material para se propagarem.
(se propagam no vácuo)
CBC 7.1.5. Ondas eletromagnéticas têm
propriedades comuns e possuem diferentes
aplicações, dependendo de sua posição no
espectro das ondas eletromagnéticas.
51.1.3.
9. As ondas eletromagnéticas e os possíveis prejuízos à saúde?
Apesar de não ter comprovação científica, algumas pessoas afirmam que certos aparelhos
eletrônicos podem fazer mal à saúde
Quem nunca ouviu dizer que usar celular ou outro aparelho eletrônico causa danos à saúde. Mas, até que ponto isso é verdade?
Atualmente, com o avanço da tecnologia o homem está cada vez mais exposto aos campos eletromagnéticos. Há quem dica que
essa exposição possa prejudicar a saúde, porém ainda não existem evidências de que isso possa acontecer.
Segundo especialistas, o conjunto de campos eletromagnéticos é chamado de electrosmog, ou poluição eletromagnética. Nos últimos
anos as fontes emissoras desses campos aumentaram significativamente por causa da popularização das novas tecnologias. Um
estudo realizado pela Organização Mundial de Saúde (OMS) realizou mais de 25 mil pesquisas sobre o risco da exposição às ondas
eletromagnéticas aos seres vivos e não encontrou indícios de que eles sejam nocivos.
Há dois tipos de onda: de baixa frequência e de alta frequência. A de baixa frequência se espalha por poucos quilômetros. São
emitidas por redes de distribuição de energia elétrica e eletrodomésticos. As ondas de alta frequência são utilizadas em aparelhos de
telecomunicações e propagam-se por quilômetros.
Veja abaixo alguns exemplos de aparelhos e qual a frequência das ondas eletromagnéticas:
Telefones celulares -Alta frequência -1850 MHz
Redes Sem Fio (wi-fi) -Alta frequência -2,4 GHz
Antenas de emissoras de TV -Alta frequência -50 MHz
Lâmpada elétrica -Baixa frequência -60 Hz
Geladeira-Baixa frequência -60 Hz
Monitor de computador -Baixa frequência -60 Hz
Fonte: Revista Veja
CBC
51.1.7
10. AM - amplitude modulada
FM tem uma qualidade de áudio muito superior ao AM, mas a AM, são Ondas Curtas, que chega mais longe
A modulação é a variação de um parâmetro de uma onda portadora senoidal, de maneira linearmente
proporcional ao valor instantâneo do sinal modulante ou informação. Por sua vez, a portadora é a onda
senoidal que, pela modulação de um dos seus parâmetros, permite a transposição espectral da informação (ou
sinal modulante ). Devido a portadora senoidal ter três parâmetros: Amplitude, Frequência e Fase, existem três
formas básicas de modulação : Modulação em Amplitude ( AM ), modulação em frequência ( FM ) e modulação
em fase ( PM Phase Modulation).
Enem: As ondas eletromagnéticas, como a luz visível e as ondas de
rádio, viajam em linha reta em um meio homogêneo. Então, as ondas de
rádio emitidas na região litorânea do Brasil não alcançariam a região
amazônica do Brasil por causa da curvatura da Terra. Entretanto sabemos
que é possível transmitir ondas de rádio entre essas localidades devido à
ionosfera. Com ajuda da ionosfera, a transmissão de ondas planas entre
o litoral do Brasil e a região amazônica é possível por meio da
a) reflexão. b) refração. c) difração. d) polarização. e) interferência.
FM - frequência modulada
CBC
51.1.5.
11. MICRO-ONDAS
O Forno de micro-ondas foi inventado pelo engenheiro Percy Lebaron Spencer e começou a ser utilizada em 1946. O componente
mais importante do forno de micro-ondas é o magnetron que gera micro-onda. As micro-ondas são ondas eletromagnéticas e sua
frequência é de 2,5 gigahertz. Estas ondas, especificamente nesta frequência, possuem uma propriedade interessante: são
absorvidas pela água, açúcares e lipídeos (gordura). Se a molécula for sujeita a um campo elétrico, ela irá orientar-se de acordo com
a direção do campo aplicado. Se aplicarmos um campo elétrico fixo, a molécula irá se orientar apenas uma vez, estabilizando-se. Se
atuar um campo elétrico que varie com o tempo, trocando de sentido com grande rapidez (frequência elevada), a molécula irá oscilar
continuamente. As ondas eletromagnéticas são constituídas de campo magnético (aqui irrelevante) e elétrico que trocam de sentido de
acordo com a frequência. Uma molécula sozinha não encontra resistência ao seu movimento, conseguindo orientar-se rapidamente na
direção de qualquer campo elétrico. Mas na presença de outras moléculas, uma molécula encontra resistência em se alinhar, atritando
outras moléculas. Esse atrito causa aquecimento. Quanto maior a frequência da onda eletromagnética aplicada, mais rápido o
aquecimento. Como os alimentos contêm água, a sua exposição a micro-ondas (ondas eletromagnéticas de alta frequência) irá
aquecê-los. No caso de materiais como plásticos e pratos, eles não aquecem como os alimentos, porque
as suas estruturas são apolares, diferentes da água, açúcares e da gordura que são polares.
CBC
51.1.4.
12. 12
Ondas Transversais
Direção de vibração perpendicular à direção de propagação
Exemplo 1: Corda
Exemplo 2: Onda EM (luz)
Vibração
Propagação
• Corda de violão
• Ondas eletromagnéticas
• Ondas mecânicas
13. 13
Ondas Longitudinais
Direção de vibração = direção de propagação
Exemplo 1: Molas Exemplo 2: Som
Vibração
Propagação
• Som nos fluidos
• Ondas mecânicas
14. ONDAS MISTAS
As partículas vibram longitudinalmente e transversalmente,
ao mesmo tempo.
Vibração
Propagação
• Som nos sólidos
• Ondas mecânicas
17. Onda estacionária
São ondas resultantes da superposição de duas ondas de mesma freqüência, mesma amplitude,
mesmo comprimento de onda, mesma direção e sentidos opostos. Pode-se obter uma onda
estacionária através de uma corda fixa numa das extremidades. Com uma fonte faz-se a outra
extremidade vibrar com movimentos verticais periódicos, produzindo-se perturbações regulares que
se propagam pela corda. Ao atingirem a extremidade fixa, elas se refletem, retornando com sentido
de deslocamento contrário ao anterior. As perturbações se superpõem às outras que estão
chegando à parede. Há pontos da corda que não se movimentam (amplitude nula), chamados nós
(N), e pontos que vibram com amplitude máxima, chamados ventres (V). Entre nós os pontos da
corda vibram com a mesma frequência, mas com amplitudes diferentes.
19. • Corda com extremidade fixa:
Pulso volta de cabeça para baixo
• Corda com extremidade livre:
Pulso volta de cabeça para cima
REFLEXÃO EM CORDAS
20. Reflexão do som
O cérebro humano tem persistência acústica de cerca de 0,1 s: se dois
sons chegarem à orelha num intervalo de tempo menor que esse, a
pessoa não será capaz de distingui-los. O som refletido é chamado
de:
• eco: o tempo de reflexão é superior a 0,1 s. O indivíduo ouve o som
emitido e o som refletido separadamente.
• reverberação: o tempo é ligeiramente inferior a 0,1 s. A
sensação do som emitido está começando a desaparecer quando ele
é reforçado pelo som refletido. O indivíduo interpreta o som original
como tendo duração ampliada.
• reforço: o tempo é bem inferior a 0,1 s. O organismo não
distingue os sons, interpretando-os como um som único, de
intensidade maior.
22. O som se propaga mais facilmente e mais rapidamente através dos
sólidos do que através do gás.
Quando o som se propaga através do ar, uma vez que se propaga
mais lentamente, e devido às perdas de energia que ocorrem, não
se consegue ouvir a grandes distâncias, ao contrário do som que
se propaga pelo chão.
No estado sólido, as suas partículas encontram-se
mais próximas umas das outras, e por esse motivo
a vibração propaga-se mais facilmente através
destas.
CBC
25.1.3
24. RESSÔNANCIA
É o fenômeno que acontece quando um sistema físico
recebe energia por meio de excitações de frequência igual a
uma de suas frequências naturais de vibração. Assim, o
sistema físico passa a vibrar com amplitudes cada vez
maiores.
Esse caso pode ser só lenda, mas, uma ponte nos Estados
Unidos desabou quando entrou em ressonância com o vento. A
ponte sobre o Estreito de Tacoma, logo após ser liberada ao
tráfego, começou a balançar sempre que o vento soprava um
pouco mais forte. No dia 7 de Novembro de 1940 aconteceu a
ressonância. Inicialmente, a ponte começou a vibrar em modos
longitudinais, isto é, ao longo de seu comprimento. Até aí, tudo
bem. Mas, logo apareceram os chamados "modos torcionais",
nos quais a ponte balançava para os lados, se torcendo toda.
Na ressonância, a amplitude desses modos torcionais
aumentou de tal forma que a ponte desabou.
Curiosidades
25. Uma criança em um balanço nunca ouviu falar em
ressonância mas sabe como usá-la. Num
instantinho ela descobre qual é o momento certo de
dobrar o corpo para aumentar a amplitude do
movimento. No exemplo do sistema massa-mola,
balançar devagar ou depressa demais causa
pequenas amplitudes de oscilação. Balançando na
frequência certa, que é a frequência natural do
sistema, chega-se à ressonância e obtém-se
grandes amplitudes de oscilação.
Às vezes, a ressonância pode ter consequências
desagradáveis. Dizem que algumas pessoas sentem
enjoo ao viajar de carro por causa da ressonância entre
as vibrações de baixa frequência do carro e seus
órgãos digestivos, estômago e intestinos. Se isso for
verdade, o remédio para essas pessoas é encher a
BARRIGA de água ou comida. Isso fará mudar a
frequência natural desses órgãos internos e quebrará a
ressonância.
26. O corpo de um instrumento musical, um violão, por exemplo, é uma caixa de
ressonância. As vibrações da corda entram em ressonância com a estrutura da caixa
de madeira que "amplifica" o som e acrescenta vários harmônicos, dando o timbre
característico do instrumento. Sem o corpo, o som da corda seria fraco e insosso. Em
uma guitarra a ressonância é substituída, parcialmente, por efeitos eletrônicos.
Cada onda de rádio e TV que viaja pelo espaço tem uma
frequência característica de vibração. E a onda de cada
emissora tem uma frequência própria, diferente da frequência
das demais emissoras. Os rádios antigos tinham um botão - o
dial - para "sintonizar" as emissoras. Hoje, com tudo virando
digital, os botões não são de girar - são de apertar. Sintonizar
uma emissora significa fazer seu receptor de rádio ou TV entrar
em ressonância com a onda da emissora. Girando, ou
apertando, o botão você modifica, de algum modo, a frequência
natural de vibração do circuito eletrônico de seu receptor. Essa
vibração não é mecânica, como nas molas, mas uma rápida
variação nas correntes elétricas que percorrem o circuito. Na
ressonância, o receptor "capta" energia da onda de rádio ou TV
com eficiência máxima e o sinal da emissora é reproduzido
pelo receptor. As ondas das outras emissoras, com frequências
diferentes, não estão em ressonância com o receptor e passam
batidas, sem interagir com ele.
27. Conta a lenda que um regimento de Napoleão entrou marchando em uma ponte e a frequência do compasso da
marcha, por azar, coincidiu com a frequência natural de vibração da ponte. Deu-se a ressonância, a ponte
passou a oscilar com grande amplitude e desabou. A partir desse desastre os soldados passaram a quebrar o
passo sempre que atravessam alguma ponte.
Um estádio de futebol deve ser
construído levando em conta a
"vibração" das torcidas. Se todo
mundo começar a pular e bater os
pés pode surgir uma ressonância
com as estruturas das
arquibancadas e acontecer uma
tragédia. Quando você for ao
estádio lembre disso. Se notar que
a estrutura está balançando
anormalmente mande a turma toda
parar de vibrar imediatamente. A
galera, sabendo que você é um
entendido em matéria de
ressonância, logo atenderá seu
aviso. Se não, dê o fora de
mansinho.
28. Dispersão da luz
É a separação da luz em vários
componentes espectrais com diferentes
frequências. Esse fenômeno acontece
em razão da diferença de incidência de
refração, como também da diferença de
velocidade de propagação do feixe de
luz. Quando a luz está se propagando
no ar e atinge um prisma de vidro, por
exemplo, a velocidade da mesma muda
para outro valor, que é menor do que
quando estava se propagando no ar.
29. DIFRAÇÃO: é a propriedade que as ondas têm de contornar
obstáculos ou passar por um orifício quando são parcialmente interrompidas por
ele.
* A difração é explicada pelo Princípio de Huygens que afirma que: quando os pontos de uma
abertura ou de um obstáculo são atingidos pela frente de onda eles tornam-se fontes de
ondas secundárias que mudam a direção de propagação da onda principal, atravessando a
abertura e contornando o obstáculo
* As ondas (sonoras ou luminosas) são fortemente difratadas quando o comprimento de
onda tem aproximadamente o mesmo tamanho do objeto (obstáculo ou fenda).
31. INTERFERÊNCIA
A superposição, também chamada interferência em alguns casos, é o fenômeno
que ocorre quando duas ou mais ondas se encontram, gerando uma onda
resultante igual à soma algébrica das perturbações de cada onda.
Mesma fase
Fase diferente
32. Batimento
Ocorre quando duas ondas periódicas de frequência diferente e
mesma amplitude são sobrepostas, resultando em uma onda com
variadas amplitudes dependentes do soma de amplitudes em cada
crista resultante.
Um exemplo familiar de batimento é
aquele produzido por dois
diapasões, ou por duas cordas de
guitarra de frequências parecidas.
Neste caso, ouvimos um som de
intensidade variável, cuja frequência
de batimento "fbat" é a subtração
das duas frequências envolvidas
dividida por 2
Frequência cardíaca ou ritmo cardíaco é o
número de batimentos cardíacos por unidade
de tempo, geralmente expresso em batimentos
por minuto (bpm).
35. Arrebentação
O fenômeno conhecido como "ARREBENTAÇÃO" é muito conhecido dos
surfistas, uma vez que este fica impossibilitado de se deslocar sobre a
crista da onda caso a onda em questão não se arrebente. De um modo
geral, só é possível se praticar o surfe em regiões próximas da praia. Isto
ocorre pois o refluxo das águas que acontece na região inferior acaba
causando uma diferença de velocidades nas partes inferior e superior da
onda, tendo como resultado que a parte superior passa por cima da parte
inferior.
Caso uma onda não tenha arrebentado, o surfista não pode se deslocar
em direção à praia pois não ocorre o arrastamento, mas sim, apenas uma
oscilação vertical da prancha.
Apesar de um cálculo preciso do momento no qual uma onda arrebenta
seja algo complicado, uma regra aproximada nos diz que quando a
proporção entre a altura da onda e a profundidade da água no local
estiver na razão 3/4, este é o momento no qual a onda arrebenta (ex.:
Uma onda de 4 metros arrebenta quando a profundidade da onda for de 2
metros).
36. Absorção das ondas
•Todos os tipos de ondas (eletromagnéticas ou mecânicas) podem sofrer
o fenômeno da absorção, que nada mais é o meio capturar a energia da
onda, fazendo com que a sua amplitude e distância alcançada diminua.
•A quantidade de energia de uma onda pode ser determinada pela
amplitude. Quando a onda está passando por um meio, existe atrito,
quase inexistente, mas existe. Quando ocorre o atrito, a onda perde
energia, diminuindo então a sua amplitude. É por isto que ondas de rádio
tem limite de cobertura, pois montanhas, prédios e outros obstáculos
contribuem para aumentar o atrito com as ondas.
38. Amplitude (a): de uma onda está relacionada com a sua energia. Quando maior a
amplitude de uma onda, maior a energia transportada.
Período (T): é o tempo gasto para se efetuar uma oscilação
completa. Também podemos dizer que o período é tempo gasto para
percorrer uma distância igual a um comprimento de onda. O período é
representado pela letra T. No S.I. a unidade de período é o segundo.
Freqüência (f): representa quantas oscilações completas uma onda dá a cada
segundo. Uma oscilação completa representa a passagem de um comprimento
de onda - . Também pode ser dito que a frequência representa o número de
cristas ou de vales que passam por um ponto em 1 segundo
f
T
1
(Hz)hertz
1
:
s
Unidade
39. VELOCIDADE DE ONDA NUMA CORDA
T
V
onde: T = tensão na corda
μ = densidade linear
ocompriment
massa
Enquanto a crista C percorre uma distância igual a λ, o ponto
P efetua uma oscilação completa. A onda percorre uma
distância igual a λ durante um tempo igual a um período (T).
d = V . T
Equação fundamental
f.V
Essa equação é válida para qualquer tipo de onda. A
velocidade de uma onda depende do meio onde a onda se
propaga.
42. Quebra da barreira do som - Boom Acústico
Ao se ultrapassar a barreira do som, é gerada uma onda de pressão sonora de alta
intensidade, semelhante ao som de uma grande explosão. Se ocorrer próximo a cidades,
pode ocasionar quebra de vidraças e telhas das residências.
44. É um movimento periódico linear em torno de uma posição de equilíbrio.
A
0-
A
X=0, velocidade máxima, a=0
X=A, V=0, aceleração máxima
).cos(. 0 tAx
ω é a velocidade angular
Θ0 é a fase inicial.
).(. 0 tAsenV
).cos(. 0
2
tAa
47. Uma das características mais importantes de
uma onda é a sua frequência, pois é ela que
determina a qualidade do som. Tipos de som:
- Sons puros: apresentam uma única frequência.
- Sons compostos: apresentam várias
frequências que se sobrepõem.
- Barulho: apresenta uma mistura de frequências
desordenadas.
- Notas musicais: apresentam frequências que
geram um som que é agradável de ouvirmos.
CBC
25.1.4
25.1.5
48. Outras qualidades do som:
- Tom: é apresentado de acordo com a frequência da onda. Então, o tom
de um som depende da velocidade da vibração de uma onda sonora. A
velocidade é a frequência e a medida é feita em Hertz (Hz). Quanto maior
for à frequência de uma onda sonora, mais agudo será seu som.
- Som alto: apresenta uma frequência alta, é o som agudo.
- Som baixo: apresenta uma frequência baixa, é o som grave.
- Som fraco: apresenta pequena amplitude de onda.
- Som forte: apresenta grande amplitude de onda.
- Intensidade de som: está de acordo com o volume ou amplitude da
onda.
- Timbre: está de acordo com a forma da onda.
CBC
25.1.4
25.1.5
49. Propriedades fisiológicas do som
• Altura: está relacionada à frequência do som.
• Intensidade (I): é definida como a razão entre a potência P de uma onda
sonora e a área A atravessada por ela:
Δt.a
ΔE
I
50. • Menor intensidade captada por uma orelha humana normal
(limiar de audibilidade): I0 = 1 . 10-12 W/m2.
• Intensidade máxima suportável (limiar de dor): I = 1 W/m2. O
logaritmo da razão entre duas intensidades I e I0 é conhecido
como nível sonoro. Na escala mais comum, o decibel (dB),
temos:
Níveis sonoros
exemplificados por
ruídos do cotidiano
ACÚSTICA
Timbre: permite diferenciar o emissor de um som, mesmo
que diversas fontes emitam simultaneamente sons de
mesma altura e intensidade.
51. CBC
25.1.2
A exposição
frequente a sons de
alta intensidade por
um período de tempo
pode danificar a sua
audição.
maior será o grau de
perda de audição
- Quanto maior o ruído,
- Quanto maior o tempo
de exposição ao ruído
52.
53. INTERVALO ACÚSTICO
O Intervalo entre dois sons é a razão entre as frequências
destes sons.
2
1
f
f
I Se I = 2; dizemos que o intervalo entre os dois
sons é uma oitava.
Intervalo Acústico Razão de freqüência
Unissono 1:1
Oitava 2:1
Tom maior 10:9
Tom menor 16:15
54. V. Efeito Doppler
Num tubo aberto, todos os harmônicos são possíveis, e as expressões deles
são totalmente análogas às usadas nas cordas vibrantes e definidas por:
57. 7.1.1. Saber que as ondas são uma forma de transferência de energia de um
lugar para outro sem transferência de matéria.
7.1.2. Saber distinguir os dois tipos de ondas que existem na natureza:
mecânicas e eletromagnéticas.
7.1.3. Saber que as ondas mecânicas podem ser longitudinais ou
transversais e dar exemplos.
7.1.4. Compreender os conceitos e a relação entre frequência, período,
comprimento de onda, velocidade de propagação e amplitude de uma onda.
7.1.5. Saber que as ondas eletromagnéticas têm propriedades comuns e
possuem diferentes aplicações, dependendo de sua posição no espectro das
ondas eletromagnéticas.
7.1.6. Saber dar exemplos de situações do cotidiano envolvendo
transferência de energia por radiação.
24.1.1. Compreender como ondas transferem energia sem transferir matéria.
24.1.2. Saber explicar o que significa a frequência, o período, o comprimento
de ondas e a amplitude de uma onda.
24.1.3. Conhecer e saber usar na solução de problemas simples a relação
entre velocidade, frequência e comprimento de onda.
24.1.4. Saber explicar como as ondas podem ser refletidas e refratadas.
24.1.5. Saber explicar os fenômenos de difração, interferência e polarização.
51.1.1. Compreender como são produzidas as ondas
eletromagnéticas.
51.2. Conhecer as diversas aplicações das ondas eletromagnéticas e
seus impactos na vida das pessoas.
51.1.3. Compreender que o espectro eletromagnético
inclui ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível,
ultravioleta, raios-X, e raios gama.
51.1.4. Conhecer alguns usos e perigos das micro-ondas, das ondas
infravermelhas, e ultravioletas no nosso cotidiano.
51.1.5. Conhecer alguns usos da onda de rádio, do infravermelho e da
luz visível na comunicação.
51.1.6. Conhecer alguns usos dos raios-X e raios gama na medicina.
51.1.7. Conhecer os efeitos benéficos e danosos da radiação
eletromagnética na matéria e nos organismos vivos.
25.1.1. Compreender como o som provoca a vibração do tímpano.
25.1.2. Conhecer os efeitos do som de altas intensidades sobre o
ouvido.
25.1.3. Saber explicar como o som se desloca nos meios materiais.
25.1.4. Explicar a relação entre a intensidade do som e a amplitude
da vibração.
25.1.5. Conhecer a relação entre som grave e agudo e a frequência.