• Nenhum resultado encontrado

Física 4 2/15/2017. Tópicos. Turma B. Profa. Dra. Ignez Caracelli DF ww.ignez.com. Avaliação Complementar

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Física 4 2/15/2017. Tópicos. Turma B. Profa. Dra. Ignez Caracelli DF ww.ignez.com. Avaliação Complementar"

Copied!
27
0
0

Texto

(1)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Física 4

Turma - 099040 - B

Profa. Dra. Ignez Caracelli – DF

ignez@ufscar.br

ww.ignez.com

1 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Tópicos

2 Tópico Capítulo (9a ed) 1. Ondas cap 16 e 17 – v2

2.Luz, Natureza e Propagação: velocidade da luz cap 33 – v4

3.Interferência cap 35 – v4

4.Difração cap 36 – v4

5.Física Quântica: corpo negro; efeito foto-elétrico; átomo de Bohr cap 38 – v4

6.

Partículas e Ondas: dualidade onda-partícula; mecânica ondulatória;

princípio da incerteza cap 39 – v4

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Avaliação Complementar

3 Tópico Capítulo (9a ed) 1.Interferência cap 35 – v4 2.Difração cap 36 – v4

3.Física Quântica: corpo negro; efeito foto-elétrico; átomo de Bohr cap 38 – v4

4.Partículas e Ondas: dualidade onda-partícula; mecânica ondulatória; princípio da incerteza cap 39 – v4

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Avaliação Complementar

• Os alunos com média final igual ou superior a 5.0 (cinco) e

inferior a 6.0 (seis) e 75% de frequência terão uma única avaliação complementar com os seguintes conteúdos:

4

• A avaliação complementar está prevista até os 30 primeiros dias úteis do período letivo seguinte.

Tópico Capítulo

(9a ed)

1.Interferência cap 35 – v4

2.Difração cap 36 – v4

3.Física Quântica: corpo negro; efeito

foto-elétrico; átomo de Bohr cap 38 – v4

4.Partículas e Ondas: dualidade onda-partícula;

(2)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Datas Prováveis das Provas

5 Tópico P1: 09 de novembro de 2016 cap 16 – v2 cap 17 – v2 cap 33 – v4 P2: 30 de novembro de 2016 cap 35 – v4 P3: 21 de dezembro de 2016 cap 36 – v4 P4: 01 de fevereiro de 2017 cap 38 – v4 cap 39 – v4 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Ondas

6 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli perturbação perturbação = pulso

o movimento do pulso= onda

onda fonte

meio de propagação = corda

meio 7 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

1 pulso = 1 onda

vários pulsos = 1 trem de ondas

Onda e Trem de Ondas

(3)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

circunferências de mesmo centro perturbação

movimento

movimento se propaga

circunferências se afastam do centro

9 impacto da pedra F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli 10

pedaço de cortiça na água próximo ao local do lançamento da pedra

a rolha não é arrastada → onda não transporta matéria

a onda atinge a cortiça faz com que ela apenas oscile, subindo e descendo, sem variar a direção

a rolha semovimenta → a rolha recebeu energia da onda

10 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli 11

Olhando um ponto da corda

11

rolha ponto da corda

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Uma onda transmite energia sem o transporte de matéria.

Denomina-se

onda

o movimento

causado por uma perturbação que

se propaga através de um meio.

(4)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli Quanto à natureza Quanto à direção de propagação Quanto à direção de vibração

Classificação

13 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

natureza

Ondas mecânicas:

são aquelas que precisam de um meio material para se propagar

não se propagam no vácuo

exemplos: ondas em cordas e ondas sonoras (som).

Ondas eletromagnéticas:

são geradas por cargas elétricas oscilantes não necessitam de um meio material para se propagar

se propagam no vácuo

exemplos: ondas de rádio, de televisão, de luz, raios X,

raios laser, ondas de radar etc.

Natureza

14 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

unidimensionais → se propagam numa só direção

tridimensionais → se propagam em todas as direções. bidimensionais → se propagam num plano

Direção de Propagação

15 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

transversais → vibrações são perpendiculares à direção de propagação

Direção de vibração: ondas transversais

(5)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Direção de vibração: ondas transversais

17

transversais → vibrações são perpendiculares à direção de propagação F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Direção de vibração: ondas transversais

18

transversais → vibrações são perpendiculares à direção de propagação F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Direção de vibração: ondas transversais

19

transversais → vibrações são perpendiculares à direção de propagação F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

longitudinais → vibrações coincidem com a direção de propagação

Direção de vibração: ondas longitudinais

(6)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

longitudinais → ondas sonoras (ondas de pressão)

Direção de vibração: ondas longitudinais

21 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

longitudinais → vibrações coincidem com a direção de propagação

Direção de vibração: ondas longitudinais

22 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Ondas longitudinais

23 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Ondas longitudinais

24

(7)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Ondas transversais

25 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Ondas transversais

26 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli ondas mecânicas ondas eletromagnéticas natureza direção de propagação unidimensionais tridimensionais bidimensionais

direção de vibração transversais

longitudinais

Classificação

27

ondas de matéria

ondas gravitacionais previstas em 1916e detectadas em 2015 por Einstein

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Velocidade de Propagação:

onda unidimensional

do que depende a velocidade de propagação do pulso na corda?

da densidade linear da corda () : massa/comprimento

da intensidade da força de tração 𝑭 na corda

(8)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Velocidade de propagação na corda

densidade linear da corda (kg/m) força de tração na corda

Velocidade

29

𝓿

=

𝐹

𝜇

A velocidade de uma onda em uma corda ideal esticada depende apenas da tensão e da densidade da corda e não depende da frequência da onda.

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Velocidade de propagação na corda

densidade linear da corda (kg/m) força de tração na corda

Velocidade

30

𝓿

=

𝐹

𝜇

A velocidade de uma onda em uma corda ideal esticada depende apenas da tensão e da densidade da corda e não depende da frequência da onda.

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Velocidade de propagação na corda

31

𝜇

=

𝑚

𝐿

[𝜇]

=

𝑘𝑔

𝑚

L

L

m M m < M

𝜇

𝜇

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Velocidade de propagação na corda

densidade linear da corda (kg/m)

32

𝓿

=

𝐹

𝜇

𝜇

𝜇

𝓿

𝓿

(9)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli f → frequência T → período

Ondas Periódicas

T

1

f

33 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli 34 T → período f → freqüência  → comprimento de onda v → velocidade da onda v =  f

válido para todas as ondas

Ondas Periódicas

34 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli 35

Extremidade fixa

Se a extremidade é fixa, o pulso sofre reflexão com inversão de fase, mantendo todas as outras características.

inversão de fase

Reflexão de um pulso numa corda

Observa-se a inversão da fase da onda refletida.

35 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli 36

Extremidade livre

Se a extremidade é livre, o pulso sofre reflexão e volta com a mesma fase.

mesma fase

Reflexão de um pulso numa corda

Sem inversão da fase da onda refletida.

(10)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

quando a onda se desloca em uma corda e passa para outra com densidade diferente. quando ocorre o fenômeno?

Refração de um pulso em uma corda

37 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Refração de um pulso em uma corda

38 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Refração de um pulso em uma corda

Observa-se INVERSÃO da fase da onda refletida. densidade de A < densidade de B



Meio de densidade A. Meio de densidade B.

39 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Refração de um pulso em uma corda

densidade de A > densidade de B



Meio de densidade A. Meio de densidade B.

Observa-se a NÃO inversão da fase da onda refletida.

(11)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

a frequência não se modifica quando um pulso passa de um meio para outro

f = constante

Refração de um pulso em uma corda

B

A

f

f

f = v /

B

B

A

A

λ

v

λ

v

41 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Parâmetros que descrevem uma onda

amplitude

deslocamento termo oscilatório

𝒚 𝒙, 𝒕

=

𝑨

𝒔𝒆𝒏 (𝒌𝒙 − 𝝎𝒕)

𝒙

𝒚

𝑨

𝑨

42 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Parâmetros que descrevem uma onda

termo oscilatório

𝒚 𝒙, 𝒕

=

𝑨

𝒔𝒆𝒏 (

𝒌𝒙 − 𝝎𝒕

)

𝒙

𝒚

𝑨

𝑨

fase 43 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Parâmetros que descrevem uma onda

termo oscilatório

𝒚 𝒙, 𝒕

=

𝑨

𝒔𝒆𝒏 (

𝒌

𝒙 − 𝝎𝒕

)

𝒙

𝒚

𝑨

𝑨

fase número de onda 𝒌 = 𝟐𝝅𝝀 𝝀 𝝀 44

(12)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Parâmetros que descrevem uma onda

termo oscilatório

𝒚 𝒙, 𝒕

=

𝑨

𝒔𝒆𝒏 (

𝒌

𝒙

− 𝝎𝒕

)

𝒙

𝒚

𝑨

𝑨

fase posição 𝒌 = 𝟐𝝅𝝀 𝝀 𝝀 45 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Parâmetros que descrevem uma onda

termo oscilatório

𝒚 𝒙, 𝒕

=

𝑨

𝒔𝒆𝒏 (

𝒌

𝒙

𝝎

𝒕

)

𝒙

𝒚

𝑨

𝑨

fase frequência angular 𝒌 = 𝟐𝝅𝝀 𝝀 𝝀

𝝎 = 𝟐𝝅𝒇

46 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Parâmetros que descrevem uma onda

termo oscilatório

𝒚 𝒙, 𝒕

=

𝑨

𝒔𝒆𝒏 (

𝒌

𝒙

𝝎

𝒕

)

𝒙

𝒚

𝑨

𝑨

fase frequência angular 𝒌 = 𝟐𝝅 𝝀 𝝀 𝝀 𝝎 = 𝟐𝝅𝒇 𝝎 = 𝟐𝝅 𝑻 47 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Parâmetros que descrevem uma onda

termo oscilatório

𝒚 𝒙, 𝒕

=

𝑨

𝒔𝒆𝒏 (

𝒌

𝒙

− 𝝎

𝒕

)

𝒙

𝒚

𝑨

𝑨

fase tempo 𝒌 = 𝟐𝝅 𝝀 𝝀 𝝀 𝝎 = 𝟐𝝅𝒇 𝝎 = 𝟐𝝅 𝑻 48

(13)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Parâmetros que descrevem uma onda

termo oscilatório

𝒚 𝒙, 𝒕

=

𝑨

𝒔𝒆𝒏 (

𝒌

𝒙

− 𝝎𝒕

)

𝒙

𝒚

fase 𝝀

𝒚

𝟎

,

𝟎

=

𝑨

𝒔𝒆𝒏 (

𝒌

𝒙

− 𝝎𝒕 +

𝝓)

constante de fase 49 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Parâmetros que descrevem uma onda

termo oscilatório

𝒚 𝒙, 𝒕

=

𝑨

𝒔𝒆𝒏 (

𝒌

𝒙

− 𝝎

𝒕

)

𝒙

𝒚

𝑨

𝑨

fase 𝝀 𝝀 𝝎 = 𝟐𝝅𝒇 50 𝒗 = 𝝀𝒇 𝒌 = 𝟐𝝅 𝝀 𝝎 𝑓 = 𝟐𝝅 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Parâmetros que descrevem uma onda

termo oscilatório

𝒚 𝒙, 𝒕

=

𝑨

𝒔𝒆𝒏 (

𝒌

𝒙

− 𝝎

𝒕

)

𝒙

𝒚

𝑨

𝑨

fase 𝝀 𝝀 𝝎 = 𝟐𝝅𝒇 51 𝒗 = 𝝀𝒇 𝒌 = 𝟐𝝅 𝝀 𝝎 𝑓 = 𝟐𝝅 𝒌 = 𝝎 𝑓 𝝀 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Parâmetros que descrevem uma onda

termo oscilatório

𝒚 𝒙, 𝒕

=

𝑨

𝒔𝒆𝒏 (

𝒌

𝒙

− 𝝎

𝒕

)

𝒙

𝒚

𝑨

𝑨

fase 𝝀 𝝀 𝝎 = 𝟐𝝅𝒇 52 𝒗 = 𝝀𝒇 𝒌 = 𝟐𝝅 𝝀 𝝎 𝑓 = 𝟐𝝅 𝒌 = 𝝎 𝝀𝑓 𝒌 = 𝝎 𝒗

(14)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Onda progressiva

onda harmônica de amplitude A se move na direção +x. y x  A equação de onda 53

𝒚 𝒙, 𝒕

=

𝑨

𝒔𝒆𝒏 (𝒌𝒙 − 𝝎𝒕)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Onda progressiva

y x  A

Cada ponto na onda oscila na direção y com movimento harmônico simples de frequência angular w. 2 k    O comprimento de onda  é: v k

w

 A velocidade da onda v é:

A quantidade k é chamada “número de onda”.

equação de onda 54

𝒚 𝒙, 𝒕

=

𝑨

𝒔𝒆𝒏 (𝒌𝒙 − 𝝎𝒕)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Supor que duas ondas caminham em uma corda

Se

y

1

 

x

,

t

e

y

2

 

x

,

t

são as ondas que a corda poderia experimentar se cada uma estivesse só. Quando as duas ondas atuam simultaneamente, a onda resultante é

 

x

t

y

   

x

t

y

x

t

y

,

1

,

2

,

Este é o princípio da superposição de ondas, consequência direta do fato que a equação de onda é uma equação diferencial linear

Superposição

55 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

 

x

t

A

sen

kx

t

y

1

,

w

 

x

t

A

sen

kx

w

t

y

2

,

é a diferença de fase entre as ondas.

Superposição de duas ondas

(15)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

 

x

t

y ,

Superposição de duas ondas

kx

ωt

φ

sen

 

2

φ

ωt

kx

sen

2

φ

cos

A

2

t

x,

y

amplitude fase equação de onda 57 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Superposição de duas ondas

 

2

φ

ωt

kx

sen

2

φ

cos

A

2

t

x,

y

amplitude fase Se  = 0  cos 0 = 1  amplitude é 2A Interferência construtiva Se  =   cos /2 = 0  amplitude é 0 Interferência destrutiva 58 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli Interferência construtiva Interferência destrutiva Exemplo

Interferência

59 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Princípio de Superposição

60

(16)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Princípio de Superposição

61 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Princípio de Superposição

62 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli Ondas Estacionárias

Princípio da Superposição

63 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli Ondas Estacionárias

Princípio da Superposição

nós

energia não passa

(17)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Onda estacionária

Ondas propagam-se e, se há vinculo imposto na sua parte inicial

e terminal, teremos a reflexão da onda inicial. A soma destas duas oscilações resulta uma onda estacionária.

Onda Progressiva nesta Direção.

onda estacionária Onda Progressiva  nesta Direção.

O seu comportamento também exibe uma freqüência Fundamental e os respectivos harmônicos:

65 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

 

x,

t

A

sen

kx

ωt

y

1

 

x,

t

A

sen

kx

ωt

y

2

duas ondas idênticas se propagando em sentidos contrários

 

x,

t

y

 

x,

t

y

 

x,

t

y

1

2

Usando de novo a relação

 

 

2

b

a

sen

2

b

a

cos

2

b

sen

a

sen

A superposição

Ondas estacionárias

 

x,

t

A

sen

kx

ωt

A

sen

kx

ωt

y

66 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

 

x

t

A

   

kx

t

y

,

2

sin

cos

w

Amplitude depende de x Variação temporal da amplitude

Esta não é uma onda progressiva, não tem o termo (kx-wt). Isto é uma onda estacionária.

Existem pontos que são sempre nulos, onde

kx

n

Ondas estacionárias

67 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Formação de ondas estacionárias

(18)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli • Ondas Estacionárias:

– Quando ondas refletidas se somam com ondas incidentes. – Criam uma forma de nós e anti-nós.

Cordas Vibrantes

69 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli • Nós:

– Lugares de amplitude nula (ondas se cancelam mutuamente).

• Anti-Nós:

– Lugares onde as cristas e vales produzem distúrbios que rapidamente se alternam, para cima e para baixo. • Frequência Fundamental:

– A onda mais longa que pode formar uma onda estacionária em uma corda tem um comprimento de onda que é duas vezes maior que o comprimento da corda.

– Esse comprimento de onda maior tem a menor frequência, e é chamado de frequência fundamental.

– A frequência fundamental é chamado também primeiro harmônico.

Cordas Vibrantes

70 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Frequência Fundamental

Uma corda esticada de

um dado comprimento tem um número possível de frequências ressonantes.

A frequência mais baixa é chamada fundamental, f1. As demais frequências, ou sobretons, são conhecidas como frequências superiores 71

corda presa nas extremidades

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Ondas estacionárias

Simulador de cordas http://www.falstad.com/loadedstring/ 72

corda presa nas extremidades maior onda 1 2 𝜆 3 2 𝜆 𝜆 2𝜆

(19)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Ondas estacionárias: tubos

73 tubo aberto F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli 74

corda vibrante presa

nas extremidades tubo fechado tubo aberto

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Ondas estacionárias: tubos abertos

1 1 2 2 L v f L    2 2 21 L v f f L     3 2 1 3 2 3 3 2 L v f f L     ←●→ ● ←●→

(esta descrição está sendo feita em termos dos deslocamentos de ar. A pressão tem o comportamento oposto)

75 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Ondas estacionárias em tubos com uma

extremidade fechada

● ←●→ ←●→ 1 1 4 4 L v f L    3 3 1 3 4 3 3 4 L v f f L     5 5 1 5 4 5 5 4 L v f f L    

(esta descrição está sendo feita em termos dos deslocamentos de ar. A pressão tem o comportamento oposto)

(20)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Ondas estacionárias: som

• Ondas estacionárias nesses tubos abertos têm anti-nós de deslocamento na extremidade aberta, onde o ar é livre para vibrar. 77 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Piano: instrumento de cordas

78 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

• Batimentos – variação periódica da Intensidade de dois sons tocados juntos.

• A frequência de batimento é igual à diferença na frequência dos dois sons.

Batimento

79 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Batimento

Duas oscilações com pequena diferença nas suas frequências quando somadas, produzem o fenômeno do BATIMENTO

(21)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Ressonância

81 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Ressonância

Assim, por exemplo, um pêndulo simples, de comprimento "L", imerso num planeta de gravidade "g", possui apenas uma única freqüência de oscilação.

L

g

1

f

82 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

As figuras de Chladni exemplificam as possibilidades dos modos de oscilação de uma placa retangular ou um disco.

Modos de oscilação

83 83 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Modos de oscilação

1 84

(22)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Modos de oscilação

85 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Modos de oscilação

86 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli 87

Qualquer sistema físico que é posto a oscilar livremente possui a tendência de oscilar com uma frequência específica de oscilação denominada frequência preferencial de vibração ou frequência natural, que pode ser única ou não, dependendo do sistema físico considerado.

FENÔMENOS SONOROS:

Ressonância

Quando a frequência da oscilação forçada é igual a frequência natural temos a

RESSONÂNCIA 87 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Se aplicarmos num balanço (ou pêndulo) uma série de empurrões regularmente espaçados por um intervalo temporal, a amplitude após um certo tempo, será a maior possível. Se este intervalo variar irregularmente, dificilmente o balanço oscila.

FENÔMENOS SONOROS:

Exemplos de

Ressonância

(23)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

FENÔMENOS SONOROS

89

balanço = sistema oscilante impulso ritmado = fonte excitadora

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

A sintonização das estações num rádio constitui um exemplo de ressonância elétrica. Quando giramos o botão do sintonizador, fazemos com que a freqüência da corrente alternada no aparelho se torne igual à das ondas emitidas pela estação transmissora.

FENÔMENOS SONOROS:

Exemplos de

Ressonância

90 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Uma ponte ou qualquer outra estrutura tem a habilidade de vibrar com certas freqüências naturais.

Quando a frequência do passo cadenciado com que a coluna de soldados atravessa uma ponte coincide com uma das frequências naturais da ponte, pode resultar numa vibração de amplitudes perigosamente grandes, devido à ressonância.

Por isto, a travessia de soldados em pontes é feita em passo sem cadência.

Exemplos de

Ressonância

91 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Ressonância

– Ponte de Tacoma

(24)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Ressonância

– Ponte de Tacoma

A ponte foi destruída 4 meses e seis dias depois de sua inauguração.

O vão principal, com 853,44 m de comprimento e 11,89 m de largura, possuía nos dois lados vigas protetoras de 2,44 m da altura.

A amplitude máxima das vibrações de torção foram de 35o e a freqüência de ressonância foi igual a aproximadamente 0,2 Hz. 93 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

Ressonância

– Ponte de Tacoma

Efeito do vento em na estrutura de uma ponte incorretamente projetada.

Simulação computacional do efeito do vento na estrutura de uma ponte.

94 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli 95 desloca-se a lâmina →

a extremidade livre começa a oscilar lâmina de aço muito fina

PRODUÇÃO DO SOM

se a lâmina vibrar com rapidez → som sibilante

95 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli 96

lâmina oscila para a direita → comprime as moléculas do ar → transfere energia na direção da compressão

PRODUÇÃO DO SOM

as moléculas do ar, situadas à esquerda → se expandem e se tornam rarefeitas, o que retira energia delas.

(25)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli 97 a lâmina se move no sentido inverso → transfere energia para as moléculas do ar situadas à esquerda, enquanto as da direita perdem energia.

PRODUÇÃO DO SOM

97 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

redução de ruídos de fontes como geladeiras, máquinas

de lavar roupas, automóveis, motores de embarcações

Aplicações:

•para bloquear o ruído: utilizam-se paredes espessas, sem aberturas, materiais porosos como, por exemplo, tapetes, cortinas, cerâmica acústica, pois absorvem

parte do som

A acústica se dedica ao som e aos fenômenos

sonoros

98 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

na medicina, é utilizada para medir o grau de audição e

construir materiais de proteção para o ouvido; usada em equipamentos de ultra-som

• em arquitetura, na construção de salas, teatros, igrejas e auditórios, a acústica serve para eliminar ruídos excessivos e proporcionar a esses locais condições ótimas de audição. Também os móveis e materiais de construção e decoração devem ser escolhidos convenientemente para evitar a reflexão de muitos sons que se combinam e desaparecem lentamente

(reverberação).

A acústica se dedica ao som e aos fenômenos

sonoros

Aplicações: 99 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli 100

No ouvido: as ondas → membrana chamada tímpano

o tímpano → passa a vibrar com a mesma freqüência das ondas

através de impulsos elétricos→ transmite ao cérebro a sensação denominada som

Produção Do Som

(26)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli 101

ondas sonoras são ondas longitudinais

ondas sonoras audíveis são produzidas por frequências f

• podem se propagar com diversas freqüências • ouvido humano: 20 Hz < f < 20 000 Hz

• f > 20 000 Hz → ondas ultra-sônicas (exemplos: ondas ouvidas por certos animais como morcego e o cão)

• f < 20 Hz → ondas infra-sônicas (exemplo: abalo sísmico)

CARACTERÍSTICAS DAS ONDAS SONORAS

vibração de cordas vibração de colunas de ar vibração de discos e membranas

101 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

O som musical, que provoca sensações agradáveis, é produzido por vibrações periódicas.

O ruído, que provoca sensações desagradáveis, é produzido por vibrações não-periódicas.

Som

× Ruído

102 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

os sólidos transmitem o som melhor que os líquidos, e estes, melhor do que os gases

sons não se transmitem no vácuo (exigem um meio material para sua propagação)

a velocidade de propagação do som a 25°C:

Meio Velocidade (m/s) Ar 346 Água 1498 Ferro 5200 Vidro 4540

TRANSMISSÃO DO SOM

103 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

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

QUALIDADE DO SOM:

Intensidade do som

(27)

F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli 105

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 decibel (dB)

Os sons muito intensos são desagradáveis ao ouvido humano.

•intensidades > 130 dB provocam uma sensação dolorosa •intensidades > 160 dB podem romper o tímpano e causar surdez

QUALIDADE DO SOM:

Intensidade do som

105 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

de acordo com a frequência → som pode ser classificado em agudo ou grave

Sons graves ou baixos têm frequência menor.

voz da mulher: 200 Hz < f < 400 Hz. (aguda ou fina)

voz do homem: 100 Hz < f < 200 Hz (grave ou grossa)

Sons agudos ou altos têm frequência maior.

QUALIDADE DO SOM:

Altura do som

106 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

QUALIDADE DO SOM:

Timbre

qualidade do som que permite ao ouvido diferenciar sons da mesma altura e intensidade mas emitidos por fontes diferentes. A mesma nota musical tocada por instrumentos diferentes produz sensações diferentes (forma da onda é diferente) 107 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli

QUALIDADE DO SOM:

Timbre

fonema a: variabilidades do sinal da voz

Referências

Documentos relacionados

Sobre uma corda vibrante de 2 m de comprimento, é formada uma onda estacionária correspondente ao primeiro harmônico (frequência fundamental). Uma onda estacionária cujo comprimento

As principais conclusões deste workshop foram (1) pescadores comerciais e recreativos, operadores turísticos, cientistas e outros utilizadores locais valorizam o canal

[r]

[r]

[r]

[r]

[r]

Numa onda produzida numa corda, podemos representar a onda por y(x,t),.. Para a radiação eletromagnética, a onda pode ser representada