20 ondulatória fundamentos

1. Ciências da Natureza e suas
Tecnologias - FÍSICA
Ensino Médio, 2ª Série
ONDULATÓRIA

2. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória

APRESENTAÇÃO


No estudo dos movimentos oscilatórios,
estão fundamentados alguns dos maiores
avanços para a ciência, como a primeira
medição com precisão da aceleração da
gravidade, a comprovação científica da
rotação da Terra, além de inúmeros benefícios
tecnológicos, como a invenção dos primeiros
relógios mecânicos (1).

3. ONDA

É uma perturbação que se propaga em um meio,
determinando a transferência de energia, sem transporte
de matéria.
Em relação à direção de propagação da energia
nos meios materiais elásticos, as ondas são classificadas
em (2):

 Unidimensionais
 Bidimensionais
 Tridimensionais
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória

4. NATUREZA DAS ONDAS

1. Ondas mecânicas: são aquelas originadas pela
deformação de uma região de um meio elástico e,
para se propagarem, necessitam de um meio
material. Elas não se propagam no vácuo. O som,
ondas numa corda, ondas na superfície de um lago
são exemplos de ondas mecânicas (3).



FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória

5. 2. Ondas eletromagnéticas: são aquelas
originadas por cargas elétricas oscilantes.
Propagam-se no vácuo e em certos meios
materiais. Luz, ondas de rádio, micro-ondas,
raios X e raios  são exemplos de ondas
eletromagnéticas (4).
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Ondulatória

6. Tipos de onda

1. Ondas transversais: são aquelas em que a direção
de propagação é perpendicular à direção de vibração.

2. Ondas longitudinais: são aquelas em que a direção
de propagação coincide com a direção de vibração.

3. Ondas mistas: são aquelas em que as partículas do
meio vibram transversal e longitudinalmente ao mesmo
tempo (5).
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Ondulatória

7. Componentes de uma onda

Uma onda é formada por alguns componentes
básicos que são (6):
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória
Imagem: Kraaiennest / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Tradução Nossa.

elevação
comprimento de onda
amplitude
crista
vala

8. COMPRIMENTO DE ONDA

É denominado comprimento da onda e expresso
pela letra grega lambda (λ), a distância entre duas
cristas ou dois vales consecutivos (7).
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória
Imagem: Kraaiennest / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Tradução Nossa.
elevação
comprimento de onda
amplitude
crista
vala

9. Para o estudo de ondas bidimensionais e
tridimensionais, são necessários os conceitos
de:

1. Frente de onda: é a fronteira da região
ainda não atingida pela onda com a região já
atingida (8).




FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória

10. 2. Raio de onda: é possível definir como raio de
onda a linha que parte da fonte e é perpendicular
às frentes de onda, indicando a direção e o sentido
de propagação.
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória
Texto extraído do site:http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Ondas/classificacao2.php



Frente da onda
Fonte
Raio da onda
Imagem: Fffred / Public Domain.

11. Princípio de Huygens

Estabelece que, num movimento
ondulatório progressivo, cada ponto de
uma frente de onda se comporta como
centro emissor de novas ondas com igual
período.


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Ondulatória

12. Propagação de um pulso em meios
unidimensionais

Considere uma corda homogênea, de seção
transversal constante, de massa m e comprimento L.
Chama-se densidade linear de massa a grandeza
que é dada por:


A densidade linear de massa representa a
massa da corda por unidade de comprimento. Sua
unidade no SI é o Kg/m.
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Ondulatória L
m


13. A velocidade de propagação do pulso na
corda depende apenas da força de tração (T) e
da densidade linear da corda, sendo dada por:
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória 
T
v

14. Reflexão de pulsos

Quando um pulso atinge a extremidade
de uma corda, verifica-se que ele retorna,
propagando-se de volta para a fonte. Esse
fenômeno é denominado reflexão de um
pulso e ocorre quer a extremidade da corda
esteja fixa ou livre (9).
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória

15. Em extremidade fixa, ocorre reflexão com inversão de
fase.
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória
Imagem: Katieanddanielle / GNU Free Documentation License. Tradução Nossa.
somente ondas transversas
invertida
onda refletida
crista - vala
onda incidente
Limite fixo
(sem
movimento
no fim)

16. Em extremidade livre, ocorre reflexão sem
inversão de fase.

















FÍSICA, 2ºAno do Ensino Médio
Ondulatória
Imagem: Katieanddanielle / GNU Free Documentation License. Tradução Nossa.
somente ondas transversas
invertida
onda refletida
crista - vala
onda incidente
Limite fixo
(sem
movimento
no fim)

17. Refração de pulsos


Considere agora um sistema formado por duas
cordas com densidades lineares diferentes. Uma
extremidade desse sistema é fixa e, na outra, faz-se
um movimento brusco, originando um pulso. Quando o
pulso atinge a junção das cordas, observa-se que ele é
transmitido de uma corda para outra.










FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória

18. Esse fenômeno chama-se refração do pulso. Ao mesmo
tempo, observa-se que um pulso refletido aparece na junção,
movimentando-se em sentido oposto ao pulso incidente.











Da figura acima, podemos observar que o pulso refratado não
sofre inversão de fase.
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória
Imagem: SEE
-
PE, redesenhado a partir de
ilustração de Autor Desconhecido.

19. Relação entre a velocidade de propagação da onda,
o comprimento da onda e o período:






ou
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória fv. T
v



20. Reflexão de ondas

Na reflexão de ondas, o ângulo de reflexão r é igual ao
ângulo de incidência i e na frequência, a velocidade de
propagação e o comprimento de onda não variam.












FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória
Imagem: SEE
-
PE, redesenhado a partir de
ilustração de Autor Desconhecido.

21. Refração de ondas

É o fenômeno no qual uma onda, ao incidir numa
superfície, muda seu meio de propagação, alterando-
se a velocidade e o comprimento de onda, mas se
mantendo constante a frequência da onda (10).

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória

22. Sendo 1 o meio de incidência e 2 o meio de emergência:


FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória 2
1
2
1
2
1
)(
)(



v
v
isen
isen
Imagem: SEE
-
PE, redesenhado a partir de
ilustração de Autor Desconhecido.

23. Difração

É o fenômeno pelo qual as ondas conseguem contornar
obstáculos. É tanto mais acentuado quanto maior o comprimento
de onda. Por isso, a difração sonora é mais acentuada e mais
facilmente perceptível que a difração luminosa (11).














FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória
Imagem: SEE
-
PE, redesenhado a partir de
ilustração de Autor Desconhecido.

24. Polarização

A polarização é um fenômeno ondulatório
característico das ondas transversais como as ondas
luminosas. Por esse fenômeno, a luz natural, cujas
ondas vibram em todas as direções, pode ser
transformada numa onda plano-polarizada, na qual
as ondas apresentam um único plano de vibração
(12).

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória

25. Vejamos a seguinte situação de polarização de uma onda:





FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória
Imagem: SEE
-
PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor
Desconhecido.

26. Princípio da superposição

A perturbação da onda resultante em cada
ponto do meio, durante a superposição, é a
adição das perturbações que seriam causadas
pelas ondas separadamente.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória

27. Interferência
É o fenômeno resultante da superposição de duas ou
mais ondas.

Onda estacionária
Figura de interferência determinada pela superposição
de ondas de mesma frequência f, mesmo comprimento de
onda λ e mesma amplitude a que se propagam em sentidos
opostos num mesmo meio.
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória

28. Por exemplo, a onda estacionária pode ser
obtida numa corda tensa, pela superposição
das ondas incidentes e refletidas numa
extremidade fixa.


FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória
Imagem: SEE
-
PE, redesenhado a partir de ilustração de
Autor Desconhecido.

29. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória 2
21

NN 2
21

VV 4
11

NV
Imagem: SEE
-
PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor
Desconhecido.

30. Onde:

•V (ventres): pontos da corda que oscilam com
amplitude máxima (A = 2a).
•N (nós ou nodos): pontos da corda que não
vibram.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória

31. Interferência em duas dimensões
Considere duas fontes F1 e F2 produzindo ondas
com frequência e amplitude iguais e em fase.





∆ = x
2 - x
1: diferença entre os caminhos percorridos
pelas ondas que se superpõem em P.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória
Imagem: SEE
-
PE, redesenhado a
partir de ilustração de Autor Desconhecido.

32. Ondas em fase:

• interferência construtiva


• interferência destrutiva

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória 2

p 2

i
(i : número ímpar)
(p : número par)

33. Ondas em oposição de fase:

• interferência construtiva



• interferência destrutiva

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória 2

p 2

i
(i : número ímpar)
(p : número par)

34. Interferência em ondas luminosas
Experiência de Young (interferência de ondas luminosas em fase)

A interferência de ondas luminosas demonstrando que a luz é um
fenômeno ondulatório foi comprovada por Thomas Young.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória L
dy

Imagem: SEE
-
PE, redesenhado a partir de
ilustração de Autor Desconhecido.

35. • Franja clara: interferência construtiva



• Franja escura: interferência destrutiva

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória 2

p 2

i
(i : número ímpar)
(p : número par)

36. Anéis de Newton (interferência numa lâmina de ar de espessura
variável)
Newton obteve experimentalmente uma figura de
interferência numa lâmina de ar de espessura variável que se
tornou conhecida como anéis de Newton.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória
Imagem: Björn Nordberg / GNU Free Documentation License. Tradução Nossa.
ponto de contato
lente plano-convexa

37. Anéis de Newton observados por luz refletida




Anéis de Newton observados por luz transmitida


FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória
Anéis de Newton
observados por luz refletida
Anéis de Newton
observados por luz refletida
Imagens (de cima para baixo):
[a] Winnie Summer / GNU Free Documentation License; [b] Warrencarpani / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication.

38. Vamos praticar? Agora é a sua vez!

01. Isoldinha brinca produzindo ondas ao bater com uma varinha
na superfície de um lago. A varinha toca a água a cada 5
segundos. Se Isoldinha passar a bater a varinha na água a
cada 3 segundos, as ondas produzidas terão maior

a)comprimento de onda.
b)frequência.
c)período.
d)velocidade.

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória

39. 02. Em locais baixos como num vale, captam-se mal sinais de TV
e de telefone celular, que são sinais de frequência alta, mas
captam-se bem sinais de rádio de frequência baixa. Os sinais
de rádio de frequência baixa são melhor captados porque —
———— mais facilmente.

a) refletem
b) refratam
c) difratam
d) polarizam
e) reverberam

FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória

40. Sugestão de leitura

“Escalas musicais imitam a fala humana” de
Reinaldo José Lopes. Disponível em
http://www1.folha.uol.com.br/folhaciencia/u
lt306u9844.shtml (Acesso em 31 de março
de 2010).
FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio
Ondulatória

41. Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do
Acesso

7 e 8 Kraaiennest / Creative Commons
Attribution-Share Alike 3.0 Unported
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sine_wa
ve_amplitude.svg
27/03/2012
10 Fffred / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Spheric
al_wave.svg
27/03/2012
15 Katieanddanielle / GNU Free
Documentation License.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Inverted
_Reflection.PNG
27/03/2012
16 Katieanddanielle / GNU Free
Documentation License.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Erect_R
eflection.PNG
27/03/2012
18, 20, 22, 23,
25, 28, 29, 31 e
34.
SEE-PE, redesenhado a partir de
ilustração de Autor Desconhecido.
Acervo SEE-PE 03/04/2012
36 Björn Nordberg / GNU Free
Documentation License.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Newton
ringar1.png
27/03/2012
37a Winnie Summer / GNU Free
Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Newton
-rings.jpg
27/03/2012
37b Warrencarpani / Creative Commons
CC0 1.0 Universal Public Domain
Dedication
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:20cm_A
ir_1.jpg
02/04/2012
Tabela de Imagens