1 Referencial Teórico ONDAS MECÂNICAS – 111EE 1. O que é uma onda? Uma onda é uma perturbação que se propaga em meios materiais ou no vácuo, de modo repetitivo no decorrer do tempo, transportando energia sem transportar matéria. 2. Pulso Longitudinal Um pulso (perturbação) longitudinal ("ao longo de") é aquele que se propaga num meio material (sólido, líquido, gasoso ou plasmático), de forma que a direção de vibração coincide com a direção de propagação. Figura 1 Figura 1: perturbação ao longo do eixo de propagação de uma onda longitudinal e a respectiva medida do comprimento de onda (λ) (ver conceito a seguir). Fonte do esquema (adaptado): http://www.ufsm.br/gef/Ondas02c.gif 3. Frequência da Fonte Geradora de Uma Onda A frequência (f) de uma onda se refere ao número de vezes que o evento gerador da perturbação se repete no decorrer do tempo. A unidade de frequência no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o hertz (em homenagem a Heinrich Hertz) e sua unidade é s ‐1 . 4. Período O período (T) de um fenômeno que se repete com uma determinada frequência é definido como o intervalo de tempo decorrido entre dois eventos consecutivos. A relação físico‐matemática entre a frequência e o período de uma onda é dada por: f = 1/T (1) ou T = 1/f (2)
2 Referencial Teórico ONDAS MECÂNICAS – 111EE A função matemática (1) expressa o fato físico de que quanto maior é a freqüência de uma onda, menor será o seu período de oscilação. Sua fórmula dimensional é: 1/T ‐ significando o inverso do tempo que se repete a cada ciclo de oscilação. 5. Comprimento de Onda Define‐se Comprimento de Onda (λ) (lê‐se ‘lambda’) como a distância entre dois picos ou dois vales consecutivos de uma onda. 6. Velocidade de Propagação de um Pulso Considerando uma onda cujos pulsos de propagam sob determinadas condições, define‐ se velocidade de propagação (v) como o produto do comprimento de onda pela freqüência. v = λ. f (3) Como ao aumento do comprimento de onda se tem a proporcional diminuição da frequência, a velocidade se apresenta constante, para uma dada natureza de propagação da onda e, em particular, para um dado meio físico. A unidade de velocidade no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o metro por segundo (m/s) e sua expressão dimensional é dada por: L.T ‐1 . 7. Ondas Estacionárias Considere o esquema inicial, a seguir, no qual uma onda constituída por pulsos transversais pode ser vista. Note que a extremidade à direita está presa a uma parede de modo que quando um pulso da onda ali chega tem sua fase invertida e se reflete (Onda refletida). Em circunstâncias como esta é gerado um sistema de interação, conforme mostra o esquema final, constituído por ondas estacionárias. Figura 2
3 Referencial Teórico ONDAS MECÂNICAS – 111EE Figura 2 esquema inicial: geração de um pulso e sua reflexão; esquema final: formação de ondas estacionárias. Uma onda estacionária se caracteriza pela amplitude variável de ponto para ponto, isto é, há pontos da corda que não se movimentam (amplitude nula), chamados nós (ou nodos), e pontos que vibram com amplitude máxima, chamados ventres. Entre nós, os pontos da corda vibram com a mesma freqüência, mas com amplitudes diferentes. Observe que: · A distância entre dois nós consecutivos vale · A distância entre dois ventres consecutivos vale · A distância entre um nó e um ventre consecutivo vale Fonte: http://ww2.unime.it/weblab/awardarchivio/ondulatoria/ondas.htm 8. Tubo de Kundt Considere o esquema inicial, a seguir, no qual uma onda constituída por pulsos Procure observar o experimento realizado com o Tubo de Kundt e busque relacionar os fenômenos observados às considerações feitas acima, a respeito do transporte de energia em um evento envolvendo ondas estacionárias. Figura 3: Tubo de Kundt e acessórios. Em uma das extremidades é instalado um alto falante acoplado a um gerador de áudio, com a possibilidade de oferecer freqüências variáveis; a outra extremidade do tubo é fechada, de modo que se possa observar, por meio de finos grãos de madeira (‘pó de serra’), a formação e o comportamento de ondas estacionárias, dentro do tubo de vibro. Fonte: http://www.cidepe.com/cat/10/fisica/743/tubo‐de‐kundt/#self Figura 3
4 Referencial Teórico ONDAS MECÂNICAS – 111EE 9. Batimento de Ondas Considere duas ondas que interagem e cujas frequências de oscilação estejam próximas. Em situações como essa ocorre o fenômeno do batimento ondulatório. Músicos, quando afinam seus instrumentos, se deparam com este fenômeno que oferece a percepção auditiva de uma flutuação de som que varia em função do parâmetro de proximidade entre as freqüências. A imagem do simulador apresentado abaixo e cujo link se apresenta na figura, permitirá a realização de diversas situações nas quais se poderão estudar o fenômeno do batimento ondulatório. Figura 4: simulador virtual digital que poderá ser acessado em: http://rived.fis.unb.br/oa/batimento/ A proximidade entre as freqüências das ondas produzidas gera o fenômeno do batimento, que poderá ser facilmente registrado de forma auditiva e gráfica. Figura 4 Para saber mais, acesse: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=22278 Referência CARVALHO NETO, C. Z. Física Vivencial: uma aventura do conhecimento. Instituto Galileo Galilei para a Educação (IGGE): São Paulo, 2010.