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 CaracelliTópicos
2 Tópico Capítulo (9a ed) 1. Ondas cap 16 e 17 – v22.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 – v43.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) einferior 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;
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 = pulsoo 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
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.
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 Caracellinatureza
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 Caracelliunidimensionais → 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 Caracellitransversais → vibrações são perpendiculares à direção de propagação
Direção de vibração: ondas transversais
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
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 CaracelliOndas longitudinais
24F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli
Ondas transversais
25 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez CaracelliOndas transversais
26 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli ondas mecânicas ondas eletromagnéticas natureza direção de propagação unidimensionais tridimensionais bidimensionaisdireção 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
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 < M𝜇
𝜇
F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez CaracelliVelocidade de propagação na corda
densidade linear da corda (kg/m)
32
𝓿
=
𝐹
𝜇
𝜇
𝜇
𝓿
𝓿
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 = fválido para todas as ondas
Ondas Periódicas
34 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli 35Extremidade 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.
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.
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 CaracelliParâmetros 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 CaracelliParâmetros 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 CaracelliParâmetros 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 44F 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 CaracelliParâmetros 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 𝝀𝝎 = 𝟐𝝅𝒇
46 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez CaracelliParâmetros 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 CaracelliParâmetros 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 48F 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 𝝀𝒚
𝟎
,
𝟎
=
𝑨
𝒔𝒆𝒏 (
𝒌
𝒙
− 𝝎𝒕 +
𝝓)
constante de fase 49 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez CaracelliParâmetros 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 CaracelliParâmetros 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 CaracelliParâmetros 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 𝒗F 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 53𝒚 𝒙, 𝒕
=
𝑨
𝒔𝒆𝒏 (𝒌𝒙 − 𝝎𝒕)
F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez CaracelliOnda progressiva
y x ACada 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 CaracelliSupor que duas ondas caminham em uma corda
Se
y
1
x
,
t
ey
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
F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli
x
t
y ,
Superposição de duas ondas
kx
ωt
φ
sen
A´
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 CaracelliSuperposição 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 ExemploInterferência
59 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez CaracelliPrincípio de Superposição
60F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli
Princípio de Superposição
61 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez CaracelliPrincípio de Superposição
62 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli Ondas EstacionáriasPrincípio da Superposição
63 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli Ondas EstacionáriasPrincípio da Superposição
nósenergia não passa
F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli
Onda estacionária
Ondas propagam-se e, se há vinculo imposto na sua parte iniciale 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
2Usando de novo a relação
2
b
a
sen
2
b
a
cos
2
b
sen
a
sen
A superposiçãoOndas 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 amplitudeEsta 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 CaracelliFormação de ondas estacionárias
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 CaracelliFrequência Fundamental
Uma corda esticada deum 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/ 72corda presa nas extremidades maior onda 1 2 𝜆 3 2 𝜆 𝜆 2𝜆
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)
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 CaracelliBatimento
Duas oscilações com pequena diferença nas suas frequências quando somadas, produzem o fenômeno do BATIMENTOF 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
2π
1
f
82 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez CaracelliAs 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 CaracelliModos de oscilação
1 84F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli
Modos de oscilação
85 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez CaracelliModos de oscilação
86 F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli 87Qualquer 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
F ÍS IC A 4 - 099040 - B Ignez Caracelli
FENÔMENOS SONOROS
89balanço = 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 CaracelliUma 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 CaracelliRessonância
– Ponte de Tacoma
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
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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.
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 100No 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
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
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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 Caracellios 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 CaracelliSe 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
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
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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