FÍSICA 2ºA, 2ºD e 2ºE. 2º BIMESTRE.
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FENÔMENOS
ONDULATÓRIOS.
REFLEXÃO
Dizemos que uma onda sofre
reflexão quando esta, após se chocar com a fronteira que divide o meio em que
está e outro de características diferentes, permanece no mesmo meio.
Sabe-se que a frequência é
característica da onda, isto é, não importa o meio em que a onda está, sua
frequência e período são sempre os mesmos. A velocidade e, logicamente, o
comprimento de onda dependem do meio. Como não ocorre mudança de meio, a onda
após a reflexão mantém a mesma velocidade e comprimento de ondas.
No estudo da reflexão das ondas,
devemos dividi-las em ondas unidimensionais e bidimensionais.
REFLEXÃO DE ONDAS UNIDIMENSIONAIS
Numa corda existem dois tipos:
com extremidade fixa ou livre, que se portam de formas diferentes.
Com a extremidade fixa, o pulso
ao se refletir fica em oposição de fase em relação ao pulso original, ou seja,
se inverte.
Caso a reflexão seja em
extremidade livre, não ocorre a inversão, a fase do pulso original e do pulso
refletido é a mesma.
REFLEXÃO DE ONDAS BIDIMENSIONAIS
Ao se lidar com ondas bi e
tridimensionais, basta dizer que elas são regidas pelas leis da reflexão.
LEIS DA REFLEXÃO
1ª) O raio incidente, o raio
refletido e a reta normal à superfície refletora no ponto de incidência estão
contidos sempre no mesmo plano.
2ª) O ângulo formado pelo raio
incidente e a normal, ou seja, o ângulo de incidência, e o ângulo formado pelo
raio refletido e a mesma normal, o ângulo de reflexão, são iguais.
REFRAÇÃO
Uma onda sofre refração quando
esta passa de um meio para outro de características diferentes.
Quando uma onda sofre uma
refração é importante que se saiba que a frequência da onda não se altera. A
frequência é uma característica da onda e esta pode passar por muitos meios
diferentes que sua frequência será sempre a mesma.
LEIS DA REFRAÇÃO
Assim como a reflexão, a refração
possui duas leis:
1ª) O raio incidente, o raio
refratado e a normal à fronteira que separa os meios no ponto de incidência
estão num mesmo plano.
2ª) A segunda lei da refração, ou
Lei de Snell, consiste na seguinte relação:
Portanto, a velocidade de
propagação da onda e seu comprimento de onda dependem do meio que estão
atravessando. Mas a frequência não é alterada na mudança de meio, esta so
depende da fonte que emitiu a onda.
REFRAÇÃO DE ONDAS UNIDIMENSIONAIS
A refração com ondas transversais
em cordas acontece quando ocorre a presença de duas cordas de densidades
lineares diferentes que são ligadas e por meio delas propaga-se um pulso. Nesse
caso, além da refração, ocorre uma reflexão, como veremos a seguir.
Existem duas possibilidades: a
primeira corda possuir uma densidade linear maior (ser mais “grossa”) ou a
segunda corda ser mais densa.
A figura abaixo exemplifica o
primeiro caso, em que o pulso percorre a corda mais “fina” e irá incidir na
corda mais grossa.
Após incidir na fronteira, haverá
um pulso refratado (que seguirá pela corda grossa) que estará em concordância
de fase com o pulso original e um pulso refletido (continuará na corda fina)
que terá uma fase oposta ao pulso incidente.
No segundo caso, também ocorrerá
uma refração e uma reflexão, porém com algumas mudanças. Tanto a onda refratada
como a onda refletida estarão em fase com o pulso incidente.
INTERFERÊNCIA DE ONDAS UNIDIMENSIONAIS
Existem dois tipos de
interferência ou superposição de pulsos: a interferência construtiva e a
destrutiva.
A figura abaixo expressa uma
interferência construtiva em que os pulsos estão na mesma fase e, por isso,
havendo a superposição das ondas ocorre a soma das elongações.
Na interferência destrutiva, os
pulsos estarão em oposição de fase e, dessa forma, haverá uma subtração para
obtenção de enlongação em cada ponto e amplitude resultantes.
Para que ocorra uma diferença
completa de fase e consequentemente uma interferência destrutiva, a diferença
de caminhos percorridos por duas ondas que se encontrarão deve ser:
Ddestr = n
. λ + λ/2 onde n = 0, 1, 2, 3…
Para o caso de duas ondas
interferirem construtivamente, a diferença de caminhos deve ser:
Dconstr = n
. λ onde n = 0, 1, 2, 3…
BATIMENTO
Quando duas ondas de frequências
muito próximas interferem entre si, a superposição das duas resulta no fenômeno
conhecido como batimento.
A frequência da onda obtida é:
fR =
(fa + fb)/2
PRINCÍPIO DA INDEPENDÊNCIA DA PROPAGAÇÃO
ONDULATÓRIA
O princípio acima enuncia que
após a superposição os pulsos continuam seu trajeto inicial sem nenhuma
modificação.
ONDAS ESTACIONÁRIAS
As ondas estacionárias são
resultado da superposição de ondas idênticas que estão na mesma direção, porém,
em sentidos opostos.
Na figura acima, podemos
identificar alguns elementos em:
Nós ou nodos: os
pontos brancos, são pontos que não vibram.
Ventres, antinós ou antinodos: são
as bolinhas pretas que vibram com amplitude igual a 2A.
DIFRAÇÃO
Consiste na propriedade que a
onda possui de contornar obstáculos ou fendas.
O fenômeno da difração ocorrerá
quando as dimensões do obstáculo ou fenda forem da mesma ordem de grandeza do
comprimento de onda.
EXPERIMENTO DE YOUNG
Nesse experimento podemos
observar o caráter ondulatório da luz através de dois fenômenos: Difração e
Interferência.
A luz sofre Difração na fenda do
obstáculo A e em seguida sofre difração nas duas fendas do obstáculo B. Isso
provoca interferências construtivas e destrutivas que dependem da diferença de
caminhos percorridos pelas ondas até atingirem o anteparo. O resultado são
franjas claras (interferência construtiva) e escuras (interferência destrutiva)
observados na figura da direita.
RESSONÂNCIA
Todo sistema físico possui uma
frequência própria, uma frequência natural de movimento devido às suas
moléculas e vibra de acordo com esta. Existe a possibilidade de um sistema
físico ser excitado (ganhar energia) por um agente externo através de vibrações
de frequência igual a uma de suas frequências naturais. Dizemos que um sistema
físico está em ressonância, quando este passa a vibrar devido a influência de
um agente externo, que vibra em uma de suas vibrações naturais.
Exemplos:
A caixa do violão vibra com
frequência igual à frequência emitida pelas cordas, o que amplifica o som.
Uma cantora de ópera despedaça
uma taça de cristal ao emitir uma nota musical muito alta (aguda), cuja
frequência é igual à frequência natural de vibração da taça.
O aparelho de micro-ondas emite
notas com frequência de aproximadamente 2,45 GHz, a mesma frequência natural de
vibração das moléculas da água. Com isso ele consegue transferir energia,
aumentando a temperatura dos corpos à base de água.
Uma emissora de rádio consegue
enviar o sei sinal para a antena de um automóvel pois ambas estão com a mesma
frequência, essa transferência de energia é traduzida pela informação
transmitida.
POLARIZAÇÃO
Considere uma corda que vibra
transversalmente em várias direções. Polarizar esta corda seria o mesmo que
fazê-la vibrar somente em um determinado plano. Portanto, um polarizador
privilegia certas direções de propagação. Um bom exemplo de polarizador é o
óculos de Sol (alguns deles), já que uma luz polarizada se torna mais
confortável para os olhos de um observador. Uma onda longitudinal não pode ser
polarizada, por exemplo o Som.
EFEITO DOPPLER
O movimento relativo entre a
fonte emissora das ondas e o receptor provoca uma alteração na frequência
percebida (não a emitida). Quando há a aproximação relativa entre eles, a
frequência de recebimento será maior, pois o receptor passará a receber mais
ondas por unidade de tempo. O caso contrário, quando há afastamento relativo, a
frequência de recebimento será menor que a emitida.
Para o som, uma frequência maior
resulta em um som mais agudo e uma frequência menor resulta em um som mais
grave, podemos observar esse fenômeno quando um carro de fórmula 1 se aproxima
de nós: o som que recebemos é mais agudo que o emitido. Porém, quando o carro
iniciar o afastamento, o som que ouviremos será mais grave que o emitido, isso
porque o receptor receberá menos ondas por unidade de tempo. Abaixo temos uma
representação das frentes de ondas emitidas quando existe o movimento da fonte
(o mesmo aconteceria no caso de uma fonte em repouso e o receptor em
movimento):
COMO RADAR PODE CAIR NO ENEM?
O Efeito Doppler é um fenômeno
muito comum em nosso cotidiano. Ele consiste na mudança da frequência do som
emitido quando existe movimento relativo entre o observador e a fonte. Podemos
perceber esse fato quando um ambulância passa na rua. Ao se aproximar, o som
fica mais agudo e ao se afastar, o som fica mais grave. A questão a seguir
explora a aplicação tecnológica do Efeito Doppler.
Exercício resolvido
Os radares comuns transmitem
micro-ondas que refletem na água, gelo e outras partículas na atmosfera. Podem,
assim, indicar apenas o tamanho e a distância das partículas, tais como gotas
de chuva.
O radar Doppler, além disso, é
capaz de registrar a velocidade e a direção na qual as partículas se
movimentam, fornecendo um quadro do fluxo dos ventos em diferentes elevações.
Nos Estados Unidos, a Nexrad, uma rede de 158 radares Doppler, montada na
década de 1990 pela Diretoria Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA), permite
que o Serviço Meteorológico Nacional (NWS) emita alertas sobre situações do
tempo potencialmente perigosas com um grau de certeza maior. O pulso da onda do
radar ao atingir uma gota de chuva, devolve uma pequena parte da sua energia
numa onda de retorno, que chega ao disco do radar antes que ele emita a onda
seguinte. Os radares da Nexrad transmitem entre 860 e 1300 pulsos por segundo,
na frequência de 3.000MHz.
(FISCHETTI, M. Radar
Meteorológico: Sinta o Vento. Scientific
American Brasil, n.08. São Paulo, jan 2000.)
No radar Doppler, a diferença
entre as frequência emitidas e as recebidas pelo radar é dada por Δf = (2ur/c)f0, onde ur
é a velocidade relativa entre a fonte e o receptor, c = 3,0×108m/s é a
velocidade da onda eletromagnética, e f0 é a
frequência emitida pela fonte. Qual é a velocidade, em km/h, de uma chuva, para
a qual se registra no radar Doppler uma diferença de frequência de 300Hz?
a) 1,5
b) 5,4
c) 15
d) 54
e) 108
Gabarito: D
Exercícios
a) seja feito do mesmo material que o outro;
b) vibre com a maior amplitude possível;
c) tenha uma frequência natural igual a uma das frequência naturais do outro;
d) vibre com a maior frequência possível;
e) vibre com a menor frequência.
b) vibre com a maior amplitude possível;
c) tenha uma frequência natural igual a uma das frequência naturais do outro;
d) vibre com a maior frequência possível;
e) vibre com a menor frequência.
02. Duas
cordas de violão foram afinadas de modo a emitirem a mesma nota musical.
Golpeando-se uma delas, observa-se que a outra também oscila, embora
com menor intensidade. Este fenômeno é conhecido por:
a) batimento
b) interferência
c) polarização
d) ressonância
e) amortecimento
b) interferência
c) polarização
d) ressonância
e) amortecimento
03. Emitindo-se
determinadas notas musicais através, por exemplo, de um violino, é possível
trincar-se à distância uma fina lâmina de cristal. O fenômeno que melhor
se relaciona com o fato é:
a) batimentos
b) polarização
c) ressonância
d) difração
e) amortecimento
b) polarização
c) ressonância
d) difração
e) amortecimento
04. (UNIP)
A Ponte de Tacoma, nos Estados Unidos, ao receber impulsos periódicos do vento,
entrou em vibração e foi totalmente destruída. O fenômeno que melhor
explica esse fato é:
05. Em
dias de clássicos futebolísticos que promovem grandes concentrações de
populares, teme-se pela segurança do Estádio
do Morumbi, em São Paulo, sobretudo nos momentos de gol. A alegria e o
entusiasmo dos torcedores, geralmente manifestado por meio de pulos e
batidas no chão, faz com que tida a estrutura do estádio vibre. Se essa
vibração for mantida por muito tempo, pode levar partes da construção ou mesmo
toda ela a desabar, ocasionando uma catástrofe. O fenômeno que melhor
explica esse fato é:
a) difração
b) interferência
c) refração
d) ressonância
e) polarização
b) interferência
c) refração
d) ressonância
e) polarização
06. (EFOMM)
As ondas contornam obstáculos. Isto pode ser facilmente comprovado quando
ouvimos e não vemos uma pessoa situada em uma outra sala, por exemplo. O
mesmo ocorre com o raio luminoso, embora este efeito seja apenas
observável em condições especiais.
O fenômeno acima descrito é chamado de:
a) difusão
b) dispersão
c) difração
d) refração
e) reflexão
b) dispersão
c) difração
d) refração
e) reflexão
07. Aponte
a alternativa correta:
a) Difração é o fenômeno que consiste de ondas passarem de um meio
para outro diferente.
b) A difração é um fenômeno apresentado exclusivamente por ondas sonoras e luminosas.
c) A difração pode ser explicada pela Teoria Corpuscular de Newton.
d) Em idênticas condições, os sons graves difratam mais que os agudos.
e) As sete cores do espectro luminoso (vermelho, alaranjado, amarelo, verde azul, anil e violeta) difratam-se de modo igual em uma mesma fenda.
b) A difração é um fenômeno apresentado exclusivamente por ondas sonoras e luminosas.
c) A difração pode ser explicada pela Teoria Corpuscular de Newton.
d) Em idênticas condições, os sons graves difratam mais que os agudos.
e) As sete cores do espectro luminoso (vermelho, alaranjado, amarelo, verde azul, anil e violeta) difratam-se de modo igual em uma mesma fenda.
08. A respeito da
difração, assinale a opção falsa:
a) O som se difrata mais do que a luz, porque o seu comprimento de
onda é maior.
b) Os sons graves se difratam mais do que os sons agudos.
c) A luz vermelha se difrata mais do que a violeta.
d) Para haver difração em um orifício ou fenda, o comprimento de onda deve ser maior ou da ordem de grandeza das dimensões do orifício ou fenda.
e) Apenas as ondas longitudinais se difratam.
b) Os sons graves se difratam mais do que os sons agudos.
c) A luz vermelha se difrata mais do que a violeta.
d) Para haver difração em um orifício ou fenda, o comprimento de onda deve ser maior ou da ordem de grandeza das dimensões do orifício ou fenda.
e) Apenas as ondas longitudinais se difratam.
09. (ITA)
Luz linearmente polarizada (ou plano-polarizada) é aquela que:
a) apresenta uma só frequência;
b) se refletiu num espelho plano;
c) tem comprimento de onda menor que o da radiação ultravioleta;
d) tem a oscilação associada a sua onda, paralela a um plano;
e) tem a oscilação, associada a sua onda, na direção da propagação.
b) se refletiu num espelho plano;
c) tem comprimento de onda menor que o da radiação ultravioleta;
d) tem a oscilação associada a sua onda, paralela a um plano;
e) tem a oscilação, associada a sua onda, na direção da propagação.
10. (CEUB) A
polarização da luz demonstra que:
a) a luz não se propaga no vácuo;
b) a luz é sempre monocromática;
c) a luz tem caráter corpuscular;
d) as ondas luminosas são longitudinais;
e) as ondas luminosas são transversais.
b) a luz é sempre monocromática;
c) a luz tem caráter corpuscular;
d) as ondas luminosas são longitudinais;
e) as ondas luminosas são transversais.
