Ondas
Ondas
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Denomina-se onda o movimento causado por
uma perturbação que se propaga através de
um meio.
Uma onda transmite energia sem o transporte
de matéria.
Classificação Quanto à natureza
Ondas mecânicas: são aquelas que precisam
de um meio material para se propagar (não se
propagam no vácuo). Exemplo: Ondas em
cordas e ondas sonoras (som).
Ondas eletromagnéticas: são geradas por
cargas elétricas oscilantes e não necessitam
de uma meio material para se propagar,
podendo se propagar no vácuo.Ondas de
rádio, de televisão, de luz, raios X, raios laser,
ondas de radar etc.
Quanto à direção de propagação
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Unidimensionais: são aquelas que se
propagam numa só direção. Ondas em cordas.
Bidimensionais: são aquelas que se propagam
num plano. Exemplo: Ondas na superfície de
um lago.
Tridimensionais: são aquelas que se propagam
em todas as direções. Ondas sonoras no ar
atmosférico ou em metais.
Quanto à direção de vibração
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Transversais: são aquelas cujas vibrações são
perpendiculares à direção de propagação.
Exemplo: Ondas em corda
Quanto à direção de vibração
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Longitudinais: são aquelas cujas vibrações
coincidem com a direção de propagação.
Exemplos: Ondas sonoras, ondas em molas.
Velocidade de Propagação de
uma Onda Unidimensional
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Considere uma corda de massa m e
comprimento ℓ, sob a ação de uma força de
tração .
A velocidade de propagação da onda depende
da densidade linear da corda e da intensidade
da força de tração , e é dada por:
Velocidade de Propagação de
uma Onda Unidimensional
Em que: F = a força de tração na corda µ = , a densidade linear da corda.
Ex: Uma 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.
Velocidade de Propagação de
uma Onda Unidimensional
Velocidade de Propagação de
uma Onda Unidimensional
Ondas Periódicas
Considere uma pessoa executando um movimento vertical de sobe-e-desce
na extremidade livre da corda indicada na figura, em intervalos de tempo
iguais.
Ondas Periódicas
Esses impulsos causarão pulsos que se propagarão ao longo da corda
em espaços iguais, pois os impulsos são periódicos.
A parte elevada denomina-se crista da onda e a cavidade entre duas
cristas chama-se vale.
Denomina-se período T o tempo necessário para que duas cristas
consecutivas passem pelo mesmo ponto.
Chama-se freqüência f o número de cristas consecutivas que
passam por um mesmo ponto, em cada unidade de tempo.
Ondas Periódicas
Entre T e f vale a relação:
A distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos é
denominada comprimento de onda, representado por λ, e a é a
amplitude da onda.
Como um pulso se propaga com velocidade constante, vale a
expressão s = vt.
Fazendo s = λ, temos t = T. Logo:
Essa igualdade é válida para todas as ondas periódicas – como o som, as
ondas na água e a luz.
Ondas Periódicas
Uma corda de massa 240 g e de comprimento
1,2 m vibra com freqüência de 150 Hz,
conforme indica a figura.
a) Qual a velocidade de propagação da onda na corda?
b) Qual a intensidade da força tensora na corda?
Resolução
Neste caso temos:
3 e a quantidade de cristas e avles;
2 e amplitude da onda;
Como um pulso se propopaga com
velocidade constante vale a relação: s=v.t
onde:
S= posição (m)
V = e velocidade (m/s);
t= tempo.
Acústica
Produção do Som
À medida que a lâmina oscila para a direita, ela realiza trabalho nas
moléculas do ar, comprimindo-as, transferindo a elas energia na
direção da compressão. Ao mesmo tempo, as moléculas do ar,
situadas à esquerda, se expandem e se tornam rarefeitas, o que
retira energia delas.
O efeito combinado de compressão e rarefação simultâneo
transfere energia das moléculas do ar da esquerda para a direita, ou
da direita para a esquerda na direção do movimento da lâmina,
produzindo ondas longitudinais, nas quais as moléculas do ar se
movimentam para frente e para trás, recebendo energia das
moléculas mais próximas da fonte e transmitindo-a para as moléculas
mais afastadas dela, até chegarem ao ouvido.
Produção do Som
No ouvido, as ondas atingem uma membrana chamada tímpano. O
tímpano passa a vibrar com a mesma freqüência das ondas,
transmitindo ao cérebro, por impulsos elétricos, a sensação
denominada som.
As ondas sonoras são ondas longitudinais, isto é, são produzidas
por uma seqüência de pulsos longitudinais.
Produção do Som
As ondas sonoras podem se propagar com diversas freqüências, porém o
ouvido humano é sensibilizado somente quando elas chegam a ele com
freqüência entre 20 Hz e 20 000 Hz, aproximadamente.
Quando a freqüência é maior que 20 000 Hz, as ondas são ditas ultrasônicas, e menor que 20 Hz, infra-sônicas.
Produção do Som
As ondas infra-sônicas e ultra-sônicas não são audíveis pelo ouvido humano.
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.
As ondas sonoras audíveis são produzidas por:
vibração de cordas
vibração de colunas de ar
vibração de discos e membranas
Produção do Som
O som musical, que provoca sensações agradáveis, é produzido por
vibrações periódicas. O ruído, que provoca sensações desagradáveis, é
produzido por vibrações aperiódicas.
Transmissão do Som
A maioria dos sons chega ao ouvido transmitida pelo ar, que age como meio
de transmissão.
Nas pequenas altitudes, os sons são bem audíveis, o que não ocorre em
altitudes maiores, onde o ar é menos denso.
O ar denso é melhor transmissor do som que o ar rarefeito, pois as
moléculas gasosas estão mais próximas e transmitem a energia cinética da
onda de umas para outras com maior facilidade.
Os sons não se transmitem no vácuo, porque exigem um meio material para
sua propagação.
Meio
Velocidade (m / s)
Ar
346
Água
1498
Ferro
5200
Vidro
4540
Qualidades do Som
Se a energia emitida pela fonte é grande, isto é, se o som é muito forte,
temos uma sensação desagradável no ouvido, pois a quantidade de energia
transmitida exerce sobre o tímpano uma pressão muito forte.
Quanto maior a vibração da fonte, maior a energia sonora, logo:
“Quanto maior a amplitude da onda, maior a intensidade
do som”.
Qualidades do Som
Em homenagem ao cientista norte-americano Graham Bell (1847-1922), que
estudou o som e inventou o telefone, a intensidade sonora é medida em bel
(B) ou decibéis (dB).
Qualidades do Som
Cuidado:
“ Os sons muito intensos são desagradáveis ao ouvido
humano. Sons com intensidades acima de 130 dB provocam
uma sensação dolorosa e sons acima de 160 dB podem
romper o tímpano e causar surdez.
De acordo com a freqüência, um som pode ser classificado
em agudo ou grave. Essa qualidade é chamada altura do
som. “