Introdução
Esse experimento faz parte de um grupo de seis experimentos sobre formação
e propagação de fenômenos ondulatórios. O grupo de atividades, de caráter
mais qualitativo, foi pensado com o objetivo de trabalhar com os alunos o
número imenso de acontecimentos da Natureza que podem ser descritos
utilizando–se o conceito de ondas.
Nessa experiência, o objetivo é Ilustrar o que são vibrações longitudinais,
transversais e efeito Doppler utilizando–se uma barra metálica.
A proposta da atividade é que o aluno, instigado por questões que
problematizem o fenômeno (como as apresentadas nesse documento),
proponha procedimentos experimentais e materiais para a sua realização. No
exercício da experimentação, com criação e construção conjunta entre
professor e alunos, será possível o reconhecimento, a caracterização e o estudo
do fenômeno.
Observação: Para assistir o vídeo de introdução deste experimento acesse a
página do guia do professor.
Ondas Transversais, Ondas Longitudinais e Efeito Doppler – Versão 1.1
IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 01 de março de 2009
Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia
- Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2009 – MEC e MCT
Fundamentação teórica
Ondas transversais:
Uma onda transversal é aquela onde a direção do movimento das partículas do
meio é ortogonal à direção de propagação do movimento.
É importante destacar que o aspecto da onda depende do tipo de movimento
das partículas.
Observe nas imagens a seguir:
Ondas longitudinais:
Uma onda longitudinal é aquela onde a direção do movimento das partículas do
meio é a mesma direção de propagação do movimento. As partículas do meio
em seu movimento realizam compressões e rarefações e dessa maneira
formam-se as ondas longitudinais.
Ondas Transversais, Ondas Longitudinais e Efeito Doppler – Versão 1.1
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Efeito Doppler:
Efeito Doppler consiste na variação da freqüência de uma onda quando há
movimento da fonte e/ou do observador.
Foi-lhe atribuído esse nome em homenagem a Johann Christian Andreas
Doppler, que o descreveu teoricamente pela primeira vez em 1842.
Em ondas eletromagnéticas, esse mesmo fenômeno foi descoberto de maneira
independente, em 1848, pelo francês Hippolyte Fizeau. Por esse motivo, o
efeito Doppler também é chamado efeito Doppler-Fizeau.
Consideremos uma fonte sonora emitindo uma onda que se propaga no ar.
Sabemos que a onda em propagação é longitudinal. A representação usada na
figura abaixo é de uma onda transversal, porém a representação utilizada não
altera as conclusões e permite uma melhor visualização e entendimento do
fenômeno.
Consideraremos a fonte sonora em posição fixa F1 vibrando durante um período
T.
O pulso emitido atinge a posição P, e tem a forma de um comprimento de onda
λ, sendo λ = V.T, ou λ = V / f onde V é a velocidade de propagação da onda e
f a sua freqüência.
Se a fonte sonora se deslocar, com uma velocidade VF na direção e sentido do
observador, durante o mesmo tempo T, a onda atinge a mesma posição P,
tendo a fonte se deslocado de d e atingindo a posição F2, (sendo d = VF.T ou
d = VF / f).
A demonstração a seguir só é válida quando a velocidade da fonte for inferior à
velocidade de propagação da onda: VF < V.
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Pode-se perceber que, devido ao movimento da fonte o pulso sofreu uma
compressão tendo assumido um novo comprimento de onda λ’, acarretando
uma nova freqüência f ’, sendo λ’ = V / f ’
Assim temos que λ’ = λ - d ou que V / f ’ = V / f - Vf / f
A nova freqüência acarretada pela deformação da onda produzida pelo
deslocamento da fonte é:
Se o deslocamento da fonte fosse realizado na direção do observador e em
sentido oposto a onda seria expandida e o resultado é o mesmo trocando-se o
sinal da velocidade Vf da fonte.
Observação: Para visualizar a animação sobre o efeito Doppler e sua
explicação acesse a página do guia do professor.
Fique atento às condições de segurança!
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