Aula 11 - uma parte das ondulatoria.pptx

Aula de fisica, ensino medio, parte de ondulatoria

1. 2 o bimestre Aula 11 Física Ondas – Parte 4 Ensino Médio 2 a

2. Ondas. Compreender o significado de velocidade de propagação do som; Compreender e analisar o efeito Doppler para o som.

3. Os raios são fenômenos naturais bastante comuns. Em uma definição simplificada, raios são descargas elétricas entre as nuvens e o solo. Quando ocorrem, os raios emitem uma luz intensa e brilhante, aquecendo e expandindo o ar à sua volta, o que provoca um ruído intenso e grave: o trovão. É comum nos dias com ocorrência de raios observarmos o clarão produzido por eles e ouvir o trovão instantes depois. Por quê? É possível estimar a distância a que esse raio caiu? Foto tirada em São Caetano do Sul, São Paulo, em uma noite chuvosa e barulhenta. © Getty Images Para começar 5 minutos

4. Efeito Doppler Este efeito sonoro de percebermos um som mais agudo enquanto o carro se aproxima e outro mais grave ao se afastar é explicado por um fenômeno chamado efeito Doppler . O som percebido pelo observador depende do movimento relativo entre a fonte sonora e o observador. Dizemos que depende do “movimento relativo”, pois vimos que se a fonte está parada e o observador está em deslocamento, há alteração no som percebido, assim como quando o observador está parado e a fonte se move. Generalizando, o efeito Doppler é a alteração da frequência percebida por um observador em virtude do movimento relativo de aproximação ou afastamento entre fonte e observador. Para visualizarmos melhor o porquê de a frequência ser percebida como mais alta na aproximação e mais baixa no afastamento, precisamos primeiro entender como o som se propaga . Efeito Doppler em ondas sonoras emitidas por um carro em movimento. Reprodução – Gif da internet. Disponível em: https://www.radartutorial.eu/11.coherent/pic/doppler8.big.gif . Acesso em: 6 nov. 2024. . Foco no conteúdo

5. Através do simulador, verificamos que as ondas sonoras necessitam de um meio de propagação. Isso ficou evidente quando alteramos o valor da densidade do ar na caixa de som. As imagens abaixo representam, respectivamente, a emissão de ondas sonoras de frequência menor e de frequência maior. Note que os círculos brancos e pretos indicam a frequência do som emitido. Assim como para as ondas que estudamos até então, se uma onda sonora tem uma frequência mais alta, estes círculos (representando as cristas e vales na oscilação) estarão mais próximos uns dos outros. Da mesma forma que, se compararmos com uma frequência mais baixa, os círculos estarão mais distantes uns dos outros. Foco no conteúdo Imagem à esquerda: Ondas sonoras de 300 Hz. Imagem à direita: Ondas sonoras de 800 Hz. A propagação do som no ar Reprodução – PHET COLORADO, [s.d.]. Disponível em: https://phet.colorado.edu/sims/html/sound-waves/latest/sound-waves_all.html?locale= pt_BR . Acesso em: 29 out. 2024. Reprodução – PHET COLORADO, [s.d.]. Disponível em: https://phet.colorado.edu/sims/html/sound-waves/latest/sound-waves_all.html?locale= pt_BR . Acesso em: 29 out. 2024.

6. Se considerarmos uma porção homogênea de ar com uma temperatura constante, a velocidade do som se propagando no ar também será constante. Desta forma, pela equação fundamental da ondulatória, podemos inferir que o comprimento de onda e a frequência do som que viaja no ar são grandezas proporcionais. Isto é, se aumentarmos a frequência do som, seu comprimento de onda diminuirá, e vice-versa. A velocidade do som se propagando no ar a 15 ºC é 340 m/s . É por este motivo que os aviões supersônicos não fazem barulho ao se aproximarem e, de repente, o som de suas turbinas chega atrasado em relação ao avião. Estes jatos voam na velocidade maior que a do som. As ondas sonoras emitidas pelo jato “ficam para trás”, como no gif ao lado. Foco no conteúdo Gif ilustrando corpo se movendo mais rápido do que a velocidade do som.. Velocidade do som no ar Reprodução – WIKIMEDIA COMMONS, [s.d.]. Disponível em: https://upload.wikimedia.org/ wikipedia / commons /e/e4/Dopplereffectsourcemovingrightatmach1.4.gif . Acesso em: 29 out. 2024. Veja no vídeo a seguir um F18 fazendo uma demonstração deste fenômeno : NH MOTO. F18 hornet sonic boom . Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=SOJ6yApmujg . Acesso em: 7 nov. 2024.

7. Voltemos à discussão do efeito Doppler. Veja o GIF ao lado. A fonte, inicialmente parada, gera ondas que são percebidas igualmente por pontos a uma mesma distância dela, pois a separação das ondas geradas é sempre a mesma. Entretanto, quando ela começa a se mover para a esquerda, este movimento faz com que as porções de onda à sua esquerda fiquem “comprimidas”, pois se aproxima desta parte emitida, como é destacado. Da mesma forma que as ondas à direita viajam na mesma velocidade inicial, mas passam a ter uma distância maior umas das outras. E é por isso que percebemos frequências diferentes. Se estivéssemos à direita, as ondas que chegariam até nós teriam uma frequência aparente menor do que a percebida pela fonte parada. E, se estivéssemos à esquerda, a frequência aparentaria ser maior. Foco no conteúdo Gif ilustrando Efeito Doppler ao mover uma fonte geradora. Propagação do som no ar e o Efeito Doppler Reprodução – Gif da internet. Disponível em: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e4/Dopplereffectsourcemovingrightatmach1.4.gif . Acesso em: 29 out. 2024.

8. Efeito Doppler Vamos agora aprender a calcular a frequência percebida por um observador que experimenta o efeito Doppler. A frequência percebida por um observador é descrita pela seguinte relação matemática: Em que: é a frequência percebida pelo observador; é a frequência real emitida pela fonte; é a velocidade do som no ar; é a velocidade do observador; é a velocidade da fonte.   Foco no conteúdo

9. Foco no conteúdo Efeito Doppler A razão pela qual temos o operador nesta fórmula é que, a depender do movimento relativo entre fonte e observador, utilizaremos um ou outro. Veremos duas maneiras de decidir qual deve ser o sinal a ser utilizado. A primeira é ignorar os sinais e decidir se as velocidades serão tratadas como positivas ou negativas. Para isso, vamos construir um eixo orientado do observador para a fonte e representar em vermelho o sentido do movimento do observador e da fonte: A segunda é pensar na fração da fórmula e como os sinais impactarão na frequência observada: Se o observador se move no sentido da fonte, isto fará com que a frequência observada seja maior e, como a velocidade do observador está no numerador da função, para que se aumente o valor da fração, deverá ser somada à velocidade do som. E o oposto para quando está se movendo no sentido contrário da fonte: usamos o sinal de menos; Se a fonte se move no sentido do observador, a frequência percebida por ele será maior e, por estar no denominador da função, deverá ser subtraída da velocidade do som para que a fração seja maior e a frequência observada também. Se a fonte se afasta do observador, empregamos o sinal positivo no denominador.   Fonte: VILLAS BÔAS; DOCA; BISCUOLA, 2012. Produzido pela SEDUC-SP.

10. Analise a afirmação a seguir e responda se ela é verdadeira ou falsa. O efeito Doppler ocorre somente em ondas sonoras (mecânicas). Refletindo sobre o efeito Doppler. Verdadeiro Falso

11. Analise a afirmação a seguir e responda se ela é verdadeira ou falsa. O efeito Doppler ocorre somente em ondas sonoras (mecânicas). Refletindo sobre o efeito Doppler. Verdadeiro Falso Correção

12. igual e maior. menor e maior menor e igual maior e menor igual e menor Na prática (FCMSCSP 2024) Nas transmissões de corridas automobilísticas, é perceptível que a frequência do som emitido pelo motor de um automóvel, captado por um microfone estático quando o automóvel dele se aproxima, é diferente da frequência quando ele se afasta. A frequência do som captado quando o automóvel se aproxima e a frequência do som captado quando se afasta, em relação à frequência do som emitido pelo motor, são, respectivamente, Veja no livro! Atividade 1 5 minutos

13. Na prática igual e maior maior e menor menor e igual menor e maior igual e menor (FCMSCSP 2024) Nas transmissões de corridas automobilísticas, é perceptível que a frequência do som emitido pelo motor de um automóvel, captado por um microfone estático quando o automóvel dele se aproxima, é diferente da frequência quando ele se afasta. A frequência do som captado quando o automóvel se aproxima e a frequência do som captado quando se afasta, em relação à frequência do som emitido pelo motor, são, respectivamente,

14. A causa do efeito Doppler está relacionada ao espaçamento das linhas de onda, que muda devido ao movimento da fonte (F), como ilustrado na figura a seguir. Correção: Na prática Na aproximação (à direita), as linhas de onda estão mais próximas umas das outras, resultando em uma frequência aparente maior . Por outro lado, no afastamento (à esquerda), as linhas de onda se afastam, levando a uma frequência aparente menor .

15. 90 Hz não é possível calcular por não ter sido dada a velocidade do som no ar. 99 Hz 1000 Hz 1100 Hz (EFEI 2015) Uma pessoa parada na beira de uma estrada vê um automóvel aproximar-se com velocidade de 0,1 da velocidade do som no ar. O automóvel está buzinando, e a sua buzina, por especificação do fabricante, emite um som puro de 990 Hz. O som ouvido pelo observador terá uma frequência de: Na prática Veja no livro! Atividade 2 5 minutos

16. Na prática 90 Hz não é possível calcular por não ter sido dada a velocidade do som no ar. 99 Hz 1100 Hz 1000 Hz (EFEI 2015) Uma pessoa parada na beira de uma estrada vê um automóvel aproximar-se com velocidade de 0,1 da velocidade do som no ar. O automóvel está buzinando, e a sua buzina, por especificação do fabricante, emite um som puro de 990 Hz. O som ouvido pelo observador terá uma frequência de:

17. Partindo da equação da frequência observada e sabendo que (i) o observador está em repouso (v = 0) e ( ii ) o automóvel (fonte sonora) se aproxima, usaremos o sinal de menos no denominador da equação. Assim, teremos: f = f . Substituindo e f: f = 990 . = 990 . Portanto: f =   Correção: Na prática

18. Agora que compreendemos o efeito Doppler e entendemos melhor como o som se propaga no ar, reflita e responda: Por que não percebemos o efeito Doppler quando um amigo falando se aproxima de nós? Em quais outras situações do cotidiano podemos perceber o efeito Doppler? Cite exemplos do seu cotidiano. Propagação do som e o efeito Doppler Encerramento 5 minutos

19. FACULDADE DE CIÊNCIAS MÉDICAS DA SANTA CASA DE SÃO PAULO (FCMSCSP). Vestibular 1º Semestre de 2024 . Prova de Conhecimentos Gerais – Medicina. Disponível em: https://www.curso-objetivo.br/vestibular/ resolucao -comentada/ santacasa /2024/1dia/santacasa2024_1dia_prova.pdf . Acesso em: 6 nov. 2024. INSTITUTO NACIONAL DE ESTUDOS E PESQUISAS EDUCACIONAIS ANÍSIO TEIXEIRA (INEP). Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM) , 2016. Prova de Ciências Humanas e suas Tecnologias; Prova de Ciências da Natureza e suas Tecnologia, 1° dia, Caderno 1 - Azul. Disponível em: https://download.inep.gov.br/ educacao_basica / enem /provas/2016/2016_PV_impresso_D1_CD1.pdf . Acesso em: 6 nov. 2024. LEMOV, D. Aula nota 10 3.0 : 63 técnicas para melhorar a gestão da sala de aula. Porto Alegre: Penso, 2023. NH MOTO. F18 hornet sonic boom . YouTube, 20 ago. 2022. Disponível em: https://www.youtube.com/ watch?v =SOJ6yApmujg . Acesso em: 6 nov. 2024. PHYSICS EDUCATION TECHNOLOGY – UNIVERSITY OF COLORADO BOULDER (PHET COLORADO). Ondas sonoras , [s.d.]. Disponível em: https://phet.colorado.edu/ sims / html / sound-waves / latest / sound-waves_all.html?locale = pt_BR . Acesso em: 6 nov. 2024. Referências

20. PIETROCOLA, M. et al. Física: Conceitos & Contextos , v. 2. São Paulo: Editora do Brasil, 2016. ROSENSHINE, B. Principles of instruction - research-based strategies that all teachers should know. American Educator , v. 36, n. 1, p. 12-19, 2012. Disponível em : https://www.aft.org/ae/spring2012 . Acesso em : 6 nov. 2024. SÃO PAULO (Estado). Secretaria da Educação. Currículo Paulista , 2019. Disponível em: https://efape.educacao.sp.gov.br/ curriculopaulista / wp-content /uploads/2023/02/Curriculo_Paulista-etapas-Educa%C3%A7%C3%A3o-Infantil-e-Ensino-Fundamental-ISBN.pdf . Acesso em: 6 nov. 2024. SÃO PAULO (Estado). Secretaria da Educação. Currículo Paulista : etapa Ensino Médio, 2020. Disponível em: https://efape.educacao.sp.gov.br/ curriculopaulista / wp-content /uploads/2023/02/CURR%C3%8DCULO-PAULISTA-etapa-Ensino-M%C3%A9dio_ISBN.pdf . Acesso em: 6 nov. 2024. VASCAK. Efeito Doppler , [s.d.]. Disponível em: https://www.vascak.cz/data/ android / physicsatschool / template.php?s = kv_doppler&l = pt . Acesso em: 6 nov. 2024. VILLAS BÔAS, N.; DOCA, R. H.; BISCUOLA, G. J. Tópicos de Física 2 . São Paulo: Saraiva, 2012. Identidade visual: imagens © Getty Images Referências

21. Aprofundando A seguir, você encontra uma seleção de exercícios extras,  que ampliam as possibilidades de prática, de retomada e aprofundamento do conteúdo estudado.

22. (ENEM 2016) Uma ambulância A em movimento retilíneo e uniforme aproxima-se de um observador O, em repouso. A sirene emite um som de frequência constante f A . O desenho ilustra as frentes de onda do som emitido pela ambulância. O observador possui um detector que consegue registrar, no esboço de um gráfico, a frequência da onda sonora detectada em função do tempo f o (t), antes e depois da passagem da ambulância por ele. Frentes de onda emitidas pela ambulância Aprofundando Veja no livro!

23. Aprofundando (ENEM 2016) Qual esboço gráfico representa a frequência f o (t) detectada pelo observador?

24. Aprofundando Correção A frequência é maior quando a ambulância se aproxima e menor quando ela se afasta. O gráfico que melhor representa a situação é o do item D. A B C D E

25. Para professores

26. Slide 2 Habilidade: (EM13CNT306) Avaliar os riscos envolvidos em atividades cotidianas, aplicando conhecimentos das Ciências da Natureza, para justificar o uso de equipamentos e recursos, bem como comportamentos de segurança, visando à integridade física, individual e coletiva, e socioambiental, podendo fazer uso de dispositivos e aplicativos digitais que viabilizem a estruturação de simulações de tais riscos.  (SÃO PAULO, 2020)

27. Slide 3 Tempo: 3 a 5 minutos Dinâmica de condução:   Apresente as perguntas aos alunos e peça-lhes que discutam em duplas ou grupos. Expectativas de respostas: Espera-se que os alunos associem o fenômeno ao fato da velocidade da luz ser maior do que o da velocidade de propagação do som. É possível estimar a distância que o raio caiu, se contarmos o tempo entre o clarão e o som do trovão.

28. Slide 10 Tempo: 2 a 3 minutos Dinâmica de condução:  Apresente a questão aos alunos como forma de fixar o conteúdo abordado nas seções anteriores. Depois, apresente a resolução. Expectativas de respostas: O efeito Doppler também ocorre em ondas eletromagnéticas e é observado na astronomia, área na qual é usado para estudar o movimento de estrelas e galáxias, ajudando a determinar se estão se aproximando ou se afastando da Terra.  

29. Slides 12 a 17 Tempo: 5 a 10 minutos Dinâmica de condução:  Apresente o exercício aos alunos como forma de fixar o conteúdo abordado nas seções anteriores. Depois, apresente a resolução. Expectativas de respostas: Apresentação das etapas de resolução do problema.  

30. Slide 18 Tempo: 3 a 5 minutos Dinâmica de condução:  Proponha a atividade apresentada e oriente os estudantes a responder com suas próprias palavras. Expectativas de respostas: Espera-se que os alunos mencionem o movimento de ambulâncias e/ou camburões se aproximando ou se afastando deles, situações em que carros com som alto se aproximam ou se afastam deles etc.  

31. Slide 22 Tempo: 5 a 10 minutos Dinâmica de condução:   Apresente a questão de vestibular a seguir como forma de aprofundar os conhecimentos sobre o que foi apresentado durante a aula. Depois, apresente a resolução. Expectativas de respostas: Espera-se que os alunos sejam capazes de relacionar a questão com os conceitos apresentados no decorrer da aula.