2/15/2017
1
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Física 4 Turma - 099040 - B
Profa. Dra. Ignez Caracelli – DF [email protected]
ww.ignez.com
1
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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; mecânica ondulatória; princípio da incerteza
cap 39 – v4
2/15/2017
2
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Ondas
6
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
perturbação
perturbação = pulso
o movimento do pulso = onda
onda fonte
meio de propagação = corda
meio
7
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
1 pulso = 1 onda
vários pulsos = 1 trem de ondas
Onda e Trem de Ondas
8
2/15/2017
3
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
circunferências de mesmo centro
perturbação
movimento
movimento se propaga
circunferências se afastam do centro
9
impacto da pedra
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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 se movimenta → a rolha recebeu energia da onda
10
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
11
Olhando um ponto da corda
11
rolha ponto da corda
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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.
12
2/15/2017
4
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Quanto à natureza
Quanto à direção de propagação
Quanto à direção de vibração
Classificação
13
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
transversais → vibrações são perpendiculares à direção de propagação
Direção de vibração: ondas transversais
16
2/15/2017
5
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Direção de vibração: ondas transversais
17
transversais → vibrações são perpendiculares à direção de propagação
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Direção de vibração: ondas transversais
18
transversais → vibrações são perpendiculares à direção de propagação
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Direção de vibração: ondas transversais
19
transversais → vibrações são perpendiculares à direção de propagação
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
longitudinais → vibrações coincidem com a direção de propagação
Direção de vibração: ondas longitudinais
20
2/15/2017
6
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
longitudinais → ondas sonoras (ondas de pressão)
Direção de vibração: ondas longitudinais
21
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
longitudinais → vibrações coincidem com a direção de propagação
Direção de vibração: ondas longitudinais
22
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Ondas longitudinais
23
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Ondas longitudinais
24
2/15/2017
7
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Ondas transversais
25
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Ondas transversais
26
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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 1916 por Einstein e detectadas em 2015
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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
28
2/15/2017
8
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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.
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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.
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Velocidade de propagação na corda
31
𝜇 = 𝑚
𝐿 [𝜇] =
𝑘𝑔
𝑚
L
L
m
M
m < M
𝜇
𝜇
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Velocidade de propagação na corda
densidade linear da corda (kg/m)
32
𝓿 = 𝐹
𝜇
𝜇
𝜇 𝓿
𝓿
2/15/2017
9
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
f → frequência T → período
Ondas Periódicas
T
1f
33
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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.
36
2/15/2017
10
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Refração de um pulso em uma corda
38
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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 39
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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.
40
2/15/2017
11
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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
BA ff
f = v /
B
B
A
A
λ
v
λ
v
41
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Parâmetros que descrevem uma onda
amplitude
deslocamento termo oscilatório
𝒚 𝒙, 𝒕 = 𝑨 𝒔𝒆𝒏 (𝒌𝒙 − 𝝎𝒕)
𝒙
𝒚 𝑨 𝑨
42
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Parâmetros que descrevem uma onda
termo oscilatório
𝒚 𝒙, 𝒕 = 𝑨 𝒔𝒆𝒏 (𝒌𝒙 − 𝝎𝒕)
𝒙
𝒚 𝑨 𝑨
fase
43
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Parâmetros que descrevem uma onda
termo oscilatório
𝒚 𝒙, 𝒕 = 𝑨 𝒔𝒆𝒏 (𝒌𝒙 − 𝝎𝒕)
𝒙
𝒚 𝑨 𝑨
fase
número de onda
𝒌 = 𝟐𝝅
𝝀
𝝀
𝝀
44
2/15/2017
12
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Parâmetros que descrevem uma onda
termo oscilatório
𝒚 𝒙, 𝒕 = 𝑨 𝒔𝒆𝒏 (𝒌𝒙 − 𝝎𝒕)
𝒙
𝒚 𝑨 𝑨
fase
posição
𝒌 = 𝟐𝝅
𝝀
𝝀
𝝀
45
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Parâmetros que descrevem uma onda
termo oscilatório
𝒚 𝒙, 𝒕 = 𝑨 𝒔𝒆𝒏 (𝒌𝒙 − 𝝎𝒕)
𝒙
𝒚 𝑨 𝑨
fase
frequência angular
𝒌 = 𝟐𝝅
𝝀
𝝀
𝝀
𝝎 = 𝟐𝝅𝒇
46
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Parâmetros que descrevem uma onda
termo oscilatório
𝒚 𝒙, 𝒕 = 𝑨 𝒔𝒆𝒏 (𝒌𝒙 − 𝝎𝒕)
𝒙
𝒚 𝑨 𝑨
fase
frequência angular
𝒌 = 𝟐𝝅
𝝀
𝝀
𝝀
𝝎 = 𝟐𝝅𝒇
𝝎 = 𝟐𝝅
𝑻
47
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Parâmetros que descrevem uma onda
termo oscilatório
𝒚 𝒙, 𝒕 = 𝑨 𝒔𝒆𝒏 (𝒌𝒙 − 𝝎𝒕)
𝒙
𝒚 𝑨 𝑨
fase
tempo
𝒌 = 𝟐𝝅
𝝀
𝝀
𝝀
𝝎 = 𝟐𝝅𝒇 𝝎 = 𝟐𝝅
𝑻
48
2/15/2017
13
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Parâmetros que descrevem uma onda
termo oscilatório
𝒚 𝒙, 𝒕 = 𝑨 𝒔𝒆𝒏 (𝒌𝒙 − 𝝎𝒕)
𝒙
𝒚
fase
𝝀
𝒚 𝟎, 𝟎 = 𝑨 𝒔𝒆𝒏 (𝒌𝒙 − 𝝎𝒕 + 𝝓)
constante de fase
49
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Parâmetros que descrevem uma onda
termo oscilatório
𝒚 𝒙, 𝒕 = 𝑨 𝒔𝒆𝒏 (𝒌𝒙 − 𝝎𝒕)
𝒙
𝒚 𝑨 𝑨
fase
𝝀
𝝀
𝝎 = 𝟐𝝅𝒇
50
𝒗 = 𝝀𝒇 𝒌 = 𝟐𝝅
𝝀
𝝎
𝑓= 𝟐𝝅
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Parâmetros que descrevem uma onda
termo oscilatório
𝒚 𝒙, 𝒕 = 𝑨 𝒔𝒆𝒏 (𝒌𝒙 − 𝝎𝒕)
𝒙
𝒚 𝑨 𝑨
fase
𝝀
𝝀
𝝎 = 𝟐𝝅𝒇
51
𝒗 = 𝝀𝒇 𝒌 = 𝟐𝝅
𝝀
𝝎
𝑓= 𝟐𝝅
𝒌 =
𝝎𝑓
𝝀
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Parâmetros que descrevem uma onda
termo oscilatório
𝒚 𝒙, 𝒕 = 𝑨 𝒔𝒆𝒏 (𝒌𝒙 − 𝝎𝒕)
𝒙
𝒚 𝑨 𝑨
fase
𝝀
𝝀
𝝎 = 𝟐𝝅𝒇
52
𝒗 = 𝝀𝒇 𝒌 = 𝟐𝝅
𝝀
𝝎
𝑓= 𝟐𝝅 𝒌 =
𝝎
𝝀𝑓 𝒌 =
𝝎
𝒗
2/15/2017
14
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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)
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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:
vk
wA velocidade da onda v é:
A quantidade k é chamada “número de onda”.
equação de onda
54
𝒚 𝒙, 𝒕 = 𝑨 𝒔𝒆𝒏 (𝒌𝒙 − 𝝎𝒕)
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Supor que duas ondas caminham em uma corda
Se txy ,1
txy ,2
e são as ondas que a corda poderia experimentar se cada uma estivesse só.
Quando as duas ondas atuam simultaneamente, a onda resultante é
txytxytxy ,,,21
Este é o princípio da superposição de ondas, consequência direta do fato que a equação de onda é uma equação diferencial linear
Superposição
55
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
tkxsenAtxy w,1
w tkxsenAtxy ,2
é a diferença de fase entre as ondas.
Superposição de duas ondas
56
2/15/2017
15
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
txy ,
Superposição de duas ondas
φωtkxsenA´
2
φωtkxsen
2
φcosA2tx,y
amplitude fase
equação de onda
57
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Superposição de duas ondas
2
φωtkxsen
2
φcosA2tx,y
amplitude fase
Se = 0 cos 0 = 1 amplitude é 2A Interferência construtiva
Se = cos /2 = 0 amplitude é 0 Interferência destrutiva
58
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Interferência construtiva
Interferência destrutiva
Exemplo
Interferência
59
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Princípio de Superposição
60
2/15/2017
16
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Princípio de Superposição
61
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Princípio de Superposição
62
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Ondas Estacionárias
Princípio da Superposição
63
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Ondas Estacionárias
Princípio da Superposição
nós energia não passa
64
2/15/2017
17
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
ωtkxsenAtx,y1
ωtkxsenAtx,y2
duas ondas idênticas se propagando em sentidos contrários
tx,ytx,ytx,y 21
Usando de novo a relação
2
basen
2
bacos2bsenasen
A superposição
Ondas estacionárias
ωtkxsenAωtkxsenAtx,y
66
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
tkxAtxy w cossin2,
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 nkx
Ondas estacionárias
67
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Formação de ondas estacionárias
68
2/15/2017
18
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
• Ondas Estacionárias: – Quando ondas refletidas se somam com ondas incidentes.
– Criam uma forma de nós e anti-nós.
Cordas Vibrantes
69
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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
2/15/2017
19
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Ondas estacionárias: tubos
73
tubo aberto
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
74
corda vibrante presa nas extremidades tubo fechado tubo aberto
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Ondas estacionárias: tubos abertos
1
1
2
2
L
vf
L
2
2 12
L
vf f
L
3
2 1
3
2
33
2
L
vf f
L
←●→ ● ←●→
(esta descrição está sendo feita em termos dos deslocamentos de ar. A pressão tem o comportamento oposto)
75
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Ondas estacionárias em tubos com uma extremidade fechada
● ←●→ ←●→
1
1
4
4
L
vf
L
3
3 1
3
4
33
4
L
vf f
L
5
5 1
5
4
55
4
L
vf f
L
(esta descrição está sendo feita em termos dos deslocamentos de ar. A pressão tem o comportamento oposto)
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20
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Piano: instrumento de cordas
78
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Batimento
Duas oscilações com pequena diferença nas suas frequências quando somadas, produzem o fenômeno do BATIMENTO
80
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FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Ressonância
81
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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
1f
82
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Modos de oscilação
1
84
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FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
Modos de oscilação
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ICA
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Ignez
Caracelli
Modos de oscilação
86
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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
88
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23
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- B
Ignez
Caracelli
FENÔMENOS SONOROS
89
balanço = sistema oscilante impulso ritmado = fonte excitadora
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
B
Ignez
Caracelli
Ressonância – Ponte de Tacoma
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FÍS
ICA
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90
40
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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
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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.
96
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FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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
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FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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
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FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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
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FÍS
ICA
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90
40
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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
FÍS
ICA
4 -
09
90
40
- 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
FÍS
ICA
4 -
099
04
0 -
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)
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FÍS
ICA
4 -
099
04
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B
Ignez
Caracelli
QUALIDADE DO SOM: Timbre
fonema a: variabilidades do sinal da voz
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