Curso: Ciências da computação
Disciplina: Física aplicada a computação
Professor: Benhur Borges Rodrigues
Relatório experimental 06: Ondas longitudinais e ondas transversais;
Medida do comprimento de uma onda e um laser;
As cores dos corpos: Absorção;
Grupo: Ederson Luis Posselt
Fábio Legramanti
Geovane Griesang
Joel Reni Herdina
Jônatas Tovar Shuler
Ricardo Cassiano Fagundes
Santa Cruz do Sul, 12 de Outubro de 2007
Introdução
1.0 Ondas longitudinais e ondas transversais
Figura 1- Imagem de uma onda
Onda é uma perturbação oscilante de alguma grandeza física no espaço e periódica no
tempo [1].
Basicamente existem dois tipos de ondas: Ondas Longitudinais e transversais.
Figura 2- Ondas se propagando na superfície de um meio líquido
Ondas transversais são aquelas em que a vibração é perpendicular à direção de
propagação da onda; exemplos incluem ondas em uma corda e ondas eletromagnéticas [1].
Figura 3- Imagem de uma onda Transversal [2]
Ondas longitudinais são aquelas em que a vibração ocorre na mesma direção do
movimento; um exemplo são as ondas sonoras [1].
Figura 4 - Imagem de uma onda longitudinal[2]
Uma onda tem como características a amplitude, velocidade, comprimento de onda,
período e freqüência.
2.0 As cores dos corpos: Absorção
Fenômenos luminosos, visíveis ou não ao olho humano, estão dentro de uma faixa de
freqüência e comprimento de ondas eletromagnéticas. O comprimento de onda visível ao ser
humano é da ordem de 5000 ângstrons [8].
Os corpos não têm qualquer cor em si mesmos, apenas absorvem determinados
comprimentos de onda com maior ou menor intensidade conforme suas propriedades
fisicoquímicas. A refletem em termos de comprimentos de ondas é que produz a sensação
colorida [5].
Figura 5 - Absorção da luz branca por soluções coloridas [7]
Quando dizemos que um objeto apresenta uma determinada cor, estamos afirmando
que a superfície do objeto reflete apenas esta certa cor e absorve todas as outras. Se um objeto
reflete a luz vermelha, caso ele for iluminado por uma luz monocromática azul, ele nos
parecerá preto, pois toda a luz incidente no corpo será absorvida por ele [8].
3.0 Medida do comprimento de uma onda de um laser
Um laser emite luz com um comprimento de onda de 694 nm. Outros meios
geradores podem ser selecionados levando-se em conta o comprimento de onda de emissão
desejado (veja tabela abaixo), a energia necessária e a duração do pulso. Alguns lasers são
muito poderosos, tais como o laser de CO2, que pode cortar o aço. O motivo do laser de CO2
ser tão perigoso é que ele emite luz laser na região infravermelha e de microondas do
espectro. Radiação infravermelha é calor, e esse laser basicamente consegue derreter qualquer
coisa para a qual seja apontado [9].
Outros lasers, como os lasers de diodo, são muito fracos e são utilizados nos
modernos apontadores a laser de bolso. Esses lasers costumam emitir um raio vermelho de luz
que tem comprimento de onda entre 630 nm e 680 nm. Os lasers são utilizados na indústria e
na área de pesquisa para fazer muitas coisas, o que inclui o uso de luz laser intensa para
excitar outras moléculas e poder observar o que acontece com elas.
A seguir são apresentados alguns dos lasers mais comuns e seus comprimentos de
onda de emissão:
Tipo de laser
Comprimento de onda
(nm)
Fluoreto de argônio (UV)
193
Fluoreto de criptônio (UV)
248
Cloreto de xenônio (UV)
308
Nitrogênio (UV)
337
Argônio (azul)
488
Argônio (verde)
514
Hélio-neônio (verde)
543
Hélio-neônio (vermelho)
633
Corante Rodamina 6G
(ajustável)
570-650
Rubi (CrAlO3) (vermelho)
694
Nd:Yag (NIR)
1.064
Dióxido de carbono (FIR)
10.600
Tabela 01 – Lasers mais comuns e comprimento de onda
Os lasers são classificados em quatro grandes áreas, conforme seu potencial de provocar
danos biológicos. Todo laser deve portar um rótulo com uma das quatro classes descritas
abaixo.
Classe I - esses lasers não emitem radiação com níveis reconhecidamente perigosos.
Classe I.A. - essa é uma designação especial aplicada somente aos lasers que "não
devem ser vistos", tais como a leitora de preços a laser de um supermercado. O limite superior
de energia da Classe I.A. é de 4 mW.
Classe II - esses são lasers visíveis de baixa energia que emitem acima dos níveis da
Classe I, mas com uma energia radiante que não ultrapasse 1 mW. A idéia é que a reação de
aversão à luz brilhante inata nos seres humanos irá proteger a pessoa.
Classe IIIA - esses são lasers de energia intermediária (contínuos: 1-5 mW) e são
perigosos somente quando olhamos na direção do raio. A maioria dos apontadores a lasers se
encaixa nesta classe.
Classe IIIB - são os lasers de energia moderada.
Classe IV - composta pelos lasers de alta energia (contínuos: 500 mW, pulsados: 10
J/cm2 ou o limite de reflexão difusa). São perigosos para a visão em qualquer circunstância
(diretamente ou espalhados difusamente) e apresentam provável risco de incêndio e risco à
pele. Medidas significativas de controle são requeridas em instalações que contêm laser
Classe IV [8].
Experiência 26: Ondas longitudinais e ondas transversais
A) ONDAS LONGITUDINAIS
PROCEDIMENTOS:
Montamos o esquema como ilustrado na figura, com uma distância de 100 cm;
Com a mola já colocada entre o diapasão e a haste fixa, ligamos a fonte e a reajustamos
para uma voltagem de 7,5V;
Como as vibrações na mola não se derem, iniciamos a vibração do diapasão conectado
a fonte com um toque, conforme descrito;
Assim que percebidos os nós das ondas, inicializou-se a fase de medições e análise das
ondas.
Montagem do
esquema.
Regulagem da fonte.
Explanações sobre as ondas.
Visualização
das ondas
longitudinais.
RESULTADOS:
Com a seguinte situação:
Distância entre o diapasão e a haste fixa: ~100 cm.
Voltagem regulada na fonte e aplicada ao diapasão: 7,5V.
O resultado encontrado foi de:
Uma onda com comprimento de ~40 cm.
B) ONDAS TRANVERSAIS
PROCEDIMENTOS:
Utilizamos o mesmo esquema anteriormente montado;
Giramos o diapasão de modo que ficasse a 90° da posição original;
Mantivemos a voltagem em 7,5V.
Mais uma vez as vibrações na mola não se derem, iniciamos a vibração do diapasão
conectado a fonte com um toque, conforme descrito;
Assim que percebidos os nós das ondas, inicializou-se a fase de medições e análise das
ondas.
Ondas transversais
encontradas durante o
experimento.
RESULTADOS:
Com a seguinte situação:
Distância entre o diapasão e a haste fixa: ~100 cm.
Voltagem regulada na fonte e aplicada ao diapasão: 7,5V.
O resultado encontrado foi de:
Uma onda com comprimento de ~27 cm.
PENSE PESQUISE E RESPONDA:
1 – Qual a diferença entre onda longitudinal e onda transversal?
Onda longitudinal é uma onda que vibra na mesma direção em que se propaga.
Já a onda transversal é aquela em que a direção é perpendicular à direção de propagação.
2 – O que é o nó e o ventre da onda?
Nós, ou nodos, são os pontos das ondas onde se cruzam, é neles que acontecem os efeitos
destrutivos quando ondas se “chocam”.
Ventre, no entanto, é a parte mais externa da onda, onde ocorrem as interferências
construtivas.
A figura abaixo ilustra melhor este caso.
3 – Que tipo de onda se forma numa estrada de ferro, quando a locomotiva muda
bruscamente de velocidade?
Esse evento causa uma onda longitudinal na estrada de ferro, pois a onda vibra na mesma
direção em que se propaga, como se estivesse se dilatando em alguns pontos e se contraindo
em outros.
4 – Que tipo de energia se formam nas molas, nos casos acima?
A energia gerada é do tipo ENERGIA POTENCIAL ELÁSTICA. Energia armazenada num
sistema massa-mola.
5 – Qual a explicação que você pode dar para o fato de acontecer a ruptura no nó
quando há uma ressonância excessiva?
Por motivo da ressonância, pode haver uma interferência construtiva, se em excesso, e de
acordo com o meio onde ela se propaga, essa interferência construtiva pode vir a ocasionar a
ruptura do meio no local onde estava o nó da onda, isso acontece em casos que o meio de
propagação não se dilata o suficiente para absorver o aumento da crista da onda devido à
ressonância.
A imagem a seguir, demonstra o caso onda os nós sofrem pressão devido à ressonância
causada.
Abaixo fotos da experiência:
Experiência 28: Medida do comportamento de onda de um laser
Procedimentos:
O experimento estava previamente montado sobre a mesa;
Ligamos o laser;
Ajustamos a régua, a rede de difração e a lanterna laser de modo a ficarem paralelas
entre si;
Posicionamos o ponto luminoso central para ficar sobre o zero da régua e os outros
dois pontos luminosos para ficarem simétricos entre si;
Medimos a distância entre a rede de difração e a régua (valor de x) e a distância do
centro da régua até um dos pontos máximos (valor dede y);
Em seguida mudamos a posição da rede de difração mais 3 vezes e anotamos os
valores conforme a tabela abaixo;
Calculamos os demais dados da tabela;
A partir dos dados coletados calculamos os outros dados solicitados no exercício;
Anotamos as devidas conclusões.
Resultados:
Medida
x
y
r = x2 + y2
sen(θ ) = y r
1ª
2ª
3ª
4ª
20 cm
30 cm
40 cm
50 cm
11,70 cm
17,52 cm
23,40 cm
29,20 cm
23,1708869
34,7411917
46,3417738
57,9019861
0,504943986
0,504300490
0,504943986
0,504300491
θ
30,32763410
30,28492833
30,32763410
30,28492840
Média:
Tabela com os resultados da experiência
λ(nm)
673,2418
672,3838
673,2418
672,3838
672,8128
Calcule a distância d entre as fendas da rede sabendo que 1mm tem 750 fendas (regra de
três), e exprimir o resultado em m .
1mm →
750 fendas
d
→
1 fenda
750d = 1
1
d=
= 0,00133333mm
750
d = 0,00000133333m
Calcule o comprimento de onda do laser, usando os resultados do sen(θ ) calculado e o
d obtido, sabendo que a interferência construtiva se dá em: d ⋅ sen(θ ) = mλ com m = 1,2...
indicando, o 1º,2º... máximos, respectivamente
d ⋅ sen(θ ) = mλ
d ⋅ sen(θ )
0,0000013333 ⋅ sen(θ )
→
λ=
λ=
m
m
1. λ=(0,0000013333 * 0,504943986 )/1 = 0,0000006732418m
2. λ=(0,0000013333 * 0,504300490 )/1 = 0,0000006723838m
3. λ=(0,0000013333 * 0,504943986 )/1 = 0,0000006732418m
4. λ=(0,0000013333 * 0,504300491 )/1 = 0,0000006723838m
Média = (0,0000006732418+0,0000006723838+0,0000006732418+0,0000006723838)/4
Média = 0,0000006728128m Ver na tabela acima os resultados na coluna λ(nm)
Abaixo fotos da experiência:
Experiência 28.2: As cores dos corpos: Absorção
Procedimento: Primeiro verificamos o espectro na parede branca sem o filtro. Com o banco
óptico longo já montado, ajustamos à distância da porta lente e o prisma para obter a melhor
nitidez da luz na parede branca (sem filtro de luz). Depois colocamos os filtros: vermelho,
amarelo, verde e azul. Anotamos os resultados.
Resultado:
Sem
Vermelho
filtro
Vermelho
X
Amarelo
X
Verde
Azul
X
Laranja
Amarelo
Verde
Azul
anil
Azul
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Violeta
X
Conclusão: A luz ao passar por um prisma apresenta um espectro colorido Os corpos
refletem e refratam a luz por uma mesma força, exercida variavelmente em variadas
circunstâncias. Quando a luz branca incide em um prisma, há a decomposição desta nas cores
do arco-íris (contem todos os comprimentos de onda) e a luz monocromática não possui todos
os comprimentos da onda (energias diferentes).
Peguntas:
1 - O que acontece com a luz branca ao incidir num corpo verde?
Quando um objeto é iluminado com luz branca, ele absorve algumas cores do espectro dessa
luz e reflete outras. O observador irá ver luz verde (corpos negros absorvem as cores) [12].
2 – Porque a parede é branca?
Porque contém (reflete) todas as cores.
3 – Do que depende a cor de um corpo?
Depende do tipo de luz que ele reflete difusamente.
Fotos:
Foto 1 (sem filtro).
Foto 2 (sem filtro e com o prisma).
Foto 3 (filtro vermelho).
Foto 4 (filtro amarelo).
Foto 5 (filtro azul).
Foto 6 (filtro verde).
Foto 7 (visão na parede branca).
Referências
[1] http://pt.wikipedia.org/wiki/Onda#Ondas_transversais_e_longitudinais
[2]http://ww2.unime.it/weblab/awardarchivio/ondulatoria/resumo.htm
[3]https://fenix.ist.utl.pt/publico/executionCourse.do?sectionID=23254&executionCourseID=
45283&method=program
[4]http://efisica.if.usp.br/eletricidade/universitario/ondas/ondas_transversais/
[5] http://www.mundocor.com.br/cores/teoria_sistemas.asp
[6] http://www.cbo.com.br/pacientes/duvidas/duvidas_olho_humano.htm
[7] http://www.chemkeys.com/bra/md/ede_5/eeda_13/oeda_25/oeda_25.htm
[8] http://www.ufpa.br/ccen/quimica/absorcao%20molecular.htm
[9] www.ciencia.hsw.uol.com.br/laser8.htm
[10] http://super.abril.com.br/superarquivo/1988/conteudo_111028.shtml
[11] http://www.herbario.com.br/dataherbfotografia06/raioslaser.htm
[12] http://www.if.ufrj.br/teaching/luz/cor.html
[13] http://pt.wikipedia.org/wiki/Ondas_longitudinais
[14] http://pt.wikipedia.org/wiki/Ondas_transversais
[15] http://www.ficharionline.com/ExibeConteudo.php5?idconteudo=5466
[16] http://www.terra.com.br/fisicanet/cursos/tipos_de_ondas/index.html
[17] http://www.fisica.ucb.br/sites/000/74/00000023.pdf
[18] http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S010247442007000100003&lng=pt&nrm=iso