Comunicação da informação a curta distância
FQA Unidade 2 - FÍSICA
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Aparelhos de rádio / Televisores *
Telefone / Telemóvel *
Gravadores de som e de imagem *
Internet *
É possível imaginar como seria o nosso mundo sem os meios de comunicação de que dispomos? Os…
… permitem que a informação chegue rapidamente a todo o lado.
Meios de comunicação
Comunicação - é o processo de envio
e de receção de informação com um
dado propósito.
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A forma escolhida para comunicar depende:
• da distância que separa a fonte do recetor e
• do tipo de mensagem a enviar.
Comunicação
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A curtas
distâncias: O receptor está perto
Tipo de
comunicação
A longas
distâncias O receptor está longe
Tipos de comunicação
A Física – explica as várias maneiras de
comunicar, usando conceitos como sinal,
propagação, onda, etc.
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Sinal qualquer espécie de perturbação que seja utilizada
para comunicar, transmitir, uma mensagem ou parte dela.
emissor do sinal – é quem provoca a perturbação.
recetor do sinal – é quem reconhece a perturbação.
Emissor e recetor
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Transmissão de Sinais
Um sinal localiza-se no espaço e no tempo:
A localização no espaço está relacionada com o local onde
foi produzida a perturbação.
A localização no tempo está relacionada com o instante em
que a perturbação foi produzida.
Um sinal – é uma perturbação e está sempre
relacionado com uma alteração de uma propriedade
física de um meio onde está o emissor.
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Sinal
• É preciso criar uma
perturbação, isto é, um
sinal que se propague.
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Para que haja comunicação
Num processo de comunicação:
• O emissor produz um sinal;
• O sinal propaga-se;
• O recetor recebe e interpreta o sinal
• Faz-se no espaço
• Leva algum tempo
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A propagação de um sinal no espaço nunca é instantânea requer sempre um período de tempo entre a sua emissão e a sua receção.
A propagação de um sinal
• Pulso é um sinal de curta duração.
• Onda é a propagação do sinal, ou do pulso.
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Pulso ou onda
• “Onda” solitária – é uma onda associada a um só pulso (sinal
de curta duração).
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Onda
Onda persistente – propagação de uma sequência de pulsos (um sinal de longa duração).
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Onda
“Onda” num estádio de futebol
A energia é transmitida ao longo do estádio mas as pessoas permanecem nos mesmos lugares (apenas se levantam e se tornam a sentar).
Uma onda
• Não transporta matéria
• Transporta energia
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Onda
O pulso gerado num determinado
ponto da corda vai estar, decorrido
algum tempo, noutro ponto da corda.
Há transferência de energia de um
ponto para outro da corda
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Após a emissão, qualquer sinal demora um intervalo
de tempo a percorrer uma certa distância.
O intervalo de tempo pode ser representado por t
e a distância por x.
O tempo que cada sinal demora a percorrer uma
certa distância, está relacionado com a velocidade
de propagação, v que é definida através de:
t
xv
Energia e velocidade de propagação
Ondas Mecânicas
• Precisam de um meio material para se propagarem.
• Não se propagam no vazio
Exemplos:
–Som (no ar)
–Ondas sísmicas (na terra)
–Ondas do mar (na água) 16
• Não precisam de um meio material
para se propagarem.
• Podem propagar-se no vazio.
• Exemplos:
– Luz visível
– Radiação ultravioleta
– Radiação infravermelha
– Ondas rádio
– Micro-ondas
– Raios X
– Raios gama
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Ondas Eletromagnéticas
As oscilações dos campos magnéticos e
elétricos de uma onda eletromagnética
são perpendiculares entre si.
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E as ondas na água?
À medida que a onda progride na água, as partículas realizam movimentos circulares no sentido dos ponteiros do relógio.
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Comprimento de onda
Frequência
Amplitude
Características
de uma Onda
Período
Elementos característicos das ondas
Período de uma onda, T (s)
• Intervalo de tempo que decorre entre a emissão de dois pulsos;
• Só depende do período de oscilação da fonte emissora;
• Caracteriza a periodicidade da onda no tempo
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• Número de oscilações por unidade de tempo;
• Depende da frequência da fonte emissora;
• É uma característica da onda;
• É o inverso do período, f = 1/T
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Frequência de uma onda, f (Hz)
• Distância que a onda avança ao fim de um período;
• Depende do meio de propagação;
• Caracteriza a periodicidade da onda no espaço.
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Comprimento de onda, λ (m)
• Elongação máxima, ou seja, o máximo afastamento dos pontos que vibram relativamente à posição de equilíbrio.
• Depende da amplitude da fonte emissora.
• Está relacionada com a intensidade do sinal emitido.
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Amplitude de uma onda
Tv
t
xv
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Considerando um intervalo de tempo de um período a onda avança no espaço um comprimento de onda, λ.
Velocidade de Propagação Velocidade de Propagação
como
Tf
1
fv 27
Sabendo que
Tv
Velocidade de Propagação
Então no mesmo meio, a frequência e o
comprimento de onda são inversamente
proporcionais .
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Duas partículas do meio estão em fase se ocuparem posições
distanciadas de um comprimento de onda ou de múltiplos inteiros
de comprimento de onda.
Se a distância entre duas partículas do meio for de meio
comprimento de onda ou de múltiplos ímpares de comprimentos
de onda, então diz-se que estão em oposição de fase.
Verifique na animação ao lado
a interferência construtiva e a
interferência e destrutiva.
Ondas em fase e em oposição de fase
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Um sinal harmónico está associado a uma perturbação do meio que
provoca a oscilação livre das suas partículas em torno de uma
posição de equilíbrio.
As partículas adquirem movimento oscilatório harmónico simples.
Sinais harmónicos e onda harmónica
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X - elongação ou valor do deslocamento do oscilador (m)
elongação máxima x = A elongação mínima x = A
A – amplitude do oscilador ou de oscilação (m)
depende da amplitude de oscilação da fonte que emite o sinal
- frequência angular (rad s-1)
t – tempo (s)
A frequência angular está relacionada com a frequência de oscilação
por
E com o período
= 2pf
T
πω
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O sinal harmónico simples descreve-se pela função:
x = A sin t
Velocidade de propagação das ondas
Uma onda propaga-se com velocidades diferentes em diferentes meios;
A velocidade máxima de propagação de um sinal é 300 000 km/s - que é a velocidade da luz no vazio;
A velocidade da luz no vidro ou na água é menor que este valor;
O som propaga-se a 340 m/s;
O som não se propaga no vazio.
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• Evolução no tempo
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Onda Harmónica
Pulsos sinusoidais ou harmónicos são pulsos descritos matematicamente por uma função seno ou coseno.
Ondas harmónicas...
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Para ondas harmónicas com a mesma frequência, a onda com maior amplitude tem maior intensidade. Para ondas harmónicas com a mesma amplitude, a onda com maior frequência tem maior intensidade.
O Som...
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Uma onda sonora resulta do movimento vibratório das partículas à volta do emissor de som. No som há transporte de energia, mas não há transporte de partículas.
Variação periódica da pressão...
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Num mesmo ponto P a pressão varia periodicamente ao longo do tempo.
Na situação A a pressão no ponto P é menor e na situação C a pressão nesse ponto é maior. As situações A, B, C e D estão ordenadas no tempo.
Características das ondas sonoras
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As ondas sonoras são longitudinais: as partículas de ar oscilam na direção de propagação da onda.
Velocidade de propagação do som
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O som só se propaga em meios materiais.
A velocidade depende do meio de propagação.
Sons simples ou puros / sons fortes e fracos
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A intensidade - permite distinguir um som fraco dum som forte.
Um som forte corresponde a uma onda de grande intensidade;
Um som fraco corresponde a uma onda de pequena intensidade.
Duas ondas sonoras sinusoidais com a mesma frequência mas amplitudes diferentes:
- a onda de maior amplitude corresponde a um som mais forte.
O que é um som simples ou puro? – é um som cuja forma matemática é uma função seno (ou co-seno), ou seja, é uma onda harmónica ou sinusoidal. Só tem um comprimento de onda.
Sons graves e sons agudos
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Ondas sonoras de diferentes frequências: à de maior frequência corresponde um som agudo (alto) e à de menor frequência corresponde um som grave (baixo).
Sons complexos
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As curvas A e B representam sons puros. A onda sonora corresponde ao som puro A tem período TA e corresponde ao som puro B tem período TB.
A curva C é o resultado da sobreposição dos dois sons A e B.
O som resultante é complexo.
Harmónicos
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A onda verde tem frequência dupla da onda vermelha e a onda amarela tem frequência tripla da onda vermelha.
Harmónicos: ondas sinusoidais cuja frequência é um múltiplo inteiro da frequência do som fundamental.
Em música, chama-se som fundamental à onda A (de frequência menor), e harmónicos às outras ondas (B e C). Em física, chamam-se harmónicos a todas essas ondas, sendo o som fundamental o harmónico de menor frequência (1º harmónico).
Timbre
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O número de harmónicos ou a proporção de cada um num instrumento musical confere características particulares ao instrumento e à voz humana veja-se as ondas emitidas por instrumentos diferentes que têm timbres diferentes.
Combinações dos mesmos harmónicos mas com amplitudes diferentes originam sons complexos diferentes
O timbre permite distinguir dois sons com a mesma intensidade e frequência mas produzidos por instrumentos diferentes.
A tecnologia de reconhecimento de voz em telemóveis e computadores baseia-se na identificação dos diferentes harmónicos de um som. complexo.
Espetro Sonoro
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O ouvido humano só é sensível a ondas sonoras com certas características de intensidade e altura.
Microfone e altifalante
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O altifalante converte um sinal elétrico num sinal sonoro com a mesma informação.
Há muitos tipos de altifalantes e de microfones. Têm todos em comum a conversão de um sinal elétrico numa onda sonora ou vice-versa.
O microfone converte um sinal sonoro num sinal elétrico com a mesma informação.
Estes processos de conversão de um sinal sonoro em sinal elétrico e/ou conversão de um sinal elétrico em sinal sonoro passam-se também nos telefones, nos telemóveis, nas televisões, nos rádios, nos computadores, etc.
Sonar
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Nas ecografias utilizam-se ultra-sons com frequências da ordem do milhão de ciclos por segundo (mega-hertz, MHz).
O sonar (SOund Navigation and Ranging), instrumento muito útil para medir distâncias, também utiliza ultra-sons mas com frequências inferiores.