Física: Ondas

Ondas

• Onda: perturbação oscilante que se propaga em um meio com certa velocidade

→Ondas transportam energia, mas não matéria.

→pulso: uma única perturbação.

→trem de ondas: conjunto de perturbações.

• Do meio menos denso pro mais denso, a onda reflete e muda de fase (inverte).

.• Período (T): Intervalo de tempo em que um fenômeno ocorre uma vez.

→SI: segundos (s).

• Frequência (f): Número de vezes (n) que um fenômeno se repete em determinado intervalo de tempo (t).

→SI: hertz (Hz).

• Amplitude (A): Distância entre o eixo horizontal e o ponto mais alto (crista) ou mais baixo (vale) de uma onda.

• Comprimento (λ): Distância entre 2 cristas ou 2 vales.

• Ondas Periódicas: Sua oscilação é constante no tempo, ou seja, o tempo que leva para ir de uma amplitude máxima p/outra é sempre igual.

• Período da onda: tempo para que um ponto da onda percorra um ciclo completo.

• Frequência da onda: Número de cristas consecutivas que passam por um mesmo ponto em cada unidade de tempo.

Natureza de Ondas

• Ondas Mecânicas: Necessitam de um meio material para se propagar.

→Se propaga pela transmissão das vibrações das partículas que compõem o meio onde a onda se desloca.

→Possuem baixas velocidades.

→ex: som, ondas em líquidos, ondas em cordas, ondas em molas.

• Ondas eletromagnéticas: Não precisam de meio material para se propagar.

→Tem dois campos variáveis: um elétrico e outro magnético.

→Conseguem se propagar na ausência de matéria (vácuo).

→Possuem altas velocidades.

→Exemplos: Luz, raio X, Wi-Fi, Raio Gama, ondas de TV…

Propagação de Ondas

• Ondas Transversais: A direção de vibração é perpendicular à direção de propagação da onda; ex: luz.

→Toda onda eletromagnética é transversal.

• Ondas Longitudinais: Vibram na mesma direção de sua propagação. Direção de vibração oscila para frente e para trás; ex: som.

→Ondas mecânicas podem ser transversais, longitudinais ou mistas.

• Ondas Mistas: Oscilam na direção de propagação e na direção perpendicular. Vibram de modo circular.

Dimensão de Propagação das Ondas

• Unidimensional: Propaga-se em uma dimensão (direção).

• Bidimensional: Propaga-se em duas dimensões (direções).

• Tridimensional: Propaga-se em três dimensões (direções). ex: som e luz.

Frente da Onda

• Frente: região do espaço onde todos os pontos são atingidos por uma perturbação no mesmo instante de tempo.

• Raios da Onda: representam a trajetória de propagação de energia.

→Raios e frentes de onda são perpendiculares.

• Ondas Retas: Se propagam em linha reta.

→Todas as ondas unidimensionais são ondas retas.

• Ondas Circulares: Sua fonte pontual de perturbação gera ondas circulares.

→Ondas bidimensionais em círculo são ondas circulares.

• Ondas Esféricas: Sua fonte pontual de perturbação espalha-se radialmente.

→Ondas tridimensionais em esfera são ondas esféricas. ex: explosão.

→Ondas Planas: aproximações das ondas esféricas, quando estas são observadas muito distantes de sua origem.

• Velocidade de Propagação das Ondas:

→ A velocidade é a mesma em meios com as mesmas características.

→Equação de Taylor - Ondas em cordas:

- T = tração (N).

- m = massa (kg).

- L = comprimento (m).

- μL = densidade linear (kg/m).

Fenômenos Ondulatórios

• Reflexão: Onda incide em uma superfície e volta para o mesmo meio.

→Mudança na direção ou sentido da onda sem alterar o meio de propagação.

→λ, f e a velocidade da onda não variam, mas a fase da onda pode variar.

→Reflexão da corda mais fina para mais grossa inverte a fase.

• Refração: Onda passa de um meio para outro, alterando sua velocidade.

→A frequência é a única que não varia na refração.

→Princípio de Huygens: cada ponto de uma frente de onda possui a funcionalidade de uma nova fonte pontual.

• Polarização: Onda transversal oscila em qualquer direção perpendicular à direção de propagação. Quando a onda passa por um polarizador, muda de plano de vibração e sua direção de oscilação é orientada, assim a onda fica polarizada.

• Interferência: Ondas que se propagam no mesmo meio no mesmo instante, quando se encontram, provocam o efeito de superposição.

→Após interferirem, as ondas seguem seu próprio caminho, sem alteração.

→Cada ponto de uma frente de onda comporta-se como uma nova fonte de onda esférica e, ao se somarem, formará uma nova frente de onda.

→Interferência construtiva: soma das amplitudes das ondas.

→Interferência destrutiva: subtrai das amplitudes das ondas.

• Difração: Uma onda atinge um obstáculo ou uma fenda e consegue contorná-lo.

→Depende do comprimento da onda e da largura da fenda.

→A onda é melhor caracterizada quando a abertura da fenda ou tamanho do obstáculo é menor que o comprimento da onda.

• Ressonância: Quando uma fonte fornece energia, com frequência natural igual a frequência de vibração do sistema, aumentando a amplitude de oscilação.

Som e Acústica

• Acústica: Parte da física que estuda o som.

• Som: Formado pela compreensão das moléculas de ar, em um movimento oscilatório de vai-e-vem.

• Aparelho Fonador:

→Produtor: pulmões e diafragma.

→Vibrador: laringe e pregas vocais.

→Ressonadores: cavidade nasal, faringe e boca.

→Articuladores: palato mole, palato duro e mandíbula.

→Sensor e coordenador: orelha.

• Aparelho Auditivo:

→Orelha externa: pavilhão auditivo (orelha), meato acústico e membrana timpânica.

→Orelha Média: martelo, bigorna, estribo e tuba auditiva.

→Orelha Interna: cóclea.

• Surdez: Pode ser genética, ou adquirida.

→Transmissão: Causada por problemas na orelha externa ou média.

→Percepção: suas causas são na orelha interna.

→Neurossensorial: causada por lesões nos neurônios.

• Ondas Sonoras: Ondas mecânicas, longitudinais que somente se propagam por um meio material, ou seja, não se propaga no vácuo.

• Velocidade de ondas: velocidade em gases < velocidade em líquidos < velocidade em sólidos.

Qualidades do Som

• A qualidade fisiológica é determinada pela frequência da onda sonora.

→Som alto/agudo: alta frequência.

→Som baixo/grave: baixa frequência.

• Timbre: Qualidade do som que permite distinguir sons da mesma frequência.

→É o formato da onda.

• Volume:

→grande intensidade: alta amplitude; transporta grande quantidade de energia.

→baixa intensidade: baixa amplitude; transporta pouca quantidade de energia.

• Potência (Pot): Quantidade de energia transmitida por unidade de tempo.

• Intensidade (I): Potência transmitida por unidade de área.

→d = distância em metros (m).

→P = potência em watts (W).

→Limiar de audibilidade (I0): a intensidade mínima que se pode escutar.

→Intensidade Sonoro Relativa em decibel (β):

• Limite da Dor: 120 dB.

Notas Musicais e Frequência

• Duas notas consecutivas são separadas por ⅛.

• Notas iguais consecutivas tem o dobro de frequência da outra.

→ex: Dó4 tem 256 Hz e Dó5 tem 512 Hz.

Fenômenos de Ondas Sonoras

• Reflexão: Onda incide numa superfície e volta para o mesmo meio.

→Eco: Som refletido chega aos nossos ouvidos após 0,1s do som emitido.

• Refração: Onda passa de um meio para o outro.

→O som incidente, a normal e a onda refletida são coplanares.

• Difração: Onda encontra e contorna um obstáculo ou uma fenda.

• Interferência: Quando duas ondas se sobrepõem.

• Efeito Doppler: A frequência (f) percebida pelo observador é diferente daquela emitida pela fonte por causa do movimento relativo entre eles. ex: ambulância.

→sentido Observador→Fonte = +

→sentido Fonte→Observador = -

• Propagação de Som

→Velocidade do som no meio depende da temperatura e da pressão.

→Velocidade aumenta com a profundidade da água.

Fonte: CERICATO, Lauri. et al. Revisão Anual de Física - Módulo 3. São Paulo, SP: Editora FTD, 2018.

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