Ondas - Fenômenos

Ola Galera

 Hoje vamos falar de um tema que cai muito no ENEM.

Os fenômenos ondulatórios. 

Vamos lá:

 

Reflexão

A reflexão ondulatória é a mesma da reflexão da óptica geométrica. Há apenas uma análise diferenciada para alguns casos.

 Ângulo de incidência = ângulo de reflexão.

reflexão

 

Na reflexão pode ocorrer apenas mudança de direção. As outras grandezas se mantêm.

 

Reflexão em cordas.

Pode ocorrer com uma corda fixa a uma parede ou livre para oscilar. Ao produzir um pulso na corda, os pontos vibram para cima e para baixo. Desse modo o pulso tenta levantar e abaixar a corda. Quando o pulso alcança a extremidade podemos ter duas situaçoes:

Na corda fixa há a inversão de fase, pois a parede oferece resistência ao pulso que se propaga e tenta "levantar" a parede. A parede exerce uma força contrária (ação e reação) e o pulso volta invertido. 

Na corda livre não há inversão de fase, o pulso retorna do mesmo modo, pois a parte livre não oferece resistência.

reflexao em cordas

Obs.: A reflexão sonora ocorre como qualquer onda. Contudo, o ouvido humano só reconhece sons distintos quando há um intervalo superior a 0,1 segundo entre esses sons. Quando o som emitido retorna ao emissor em um intervalo praticamente nulo é chamado reforço. Quando retorna em um intervalo entre 0 e 0,1 s é a chamada reverberação. Quando retorna após 0,1 essa reflexão é chamada de eco.

 Exercício resolvido 

 Uma pessoa  emite um som em frente a um anteparo. Após um intervalo de 0,1 s o som retorna ao emissor. Considere a velocidade do som no ar como 340 m/s. A distância entre a pessoa e o anteparo é:

a)     1,7 m

b)    3,4 m

c)     17 m

d)    34 m

e)     170 m

 

Solução:

A pessoa emite o som que bate no anteparo e volta.

 eco

 V = ΔS/Δt 

340 = 2D/0,1

2D = 34

 D = 17 m

 Letra C

 

 Refração

O fenômeno é caracterizado pela mudança na velocidade da onda. Possui a mesma estrutura da refração da óptica geométrica, com mais alguns detalhes.

- Não há variação de frequencia ou período para uma onda que sofre refração. O comprimento de onda é que varia de forma diretamente proporcional à velocidade.

- Não é preciso mudança de direção ou de meio para que ocorra refração. É preciso que ocorram mudanças nas características do meio para que a velocidade modifique. Por exemplo, para uma onda do mar basta mudar a profundidade que teremos mudança de velocidade, para uma onda sonora a velocidade no ar quente é diferente do ar frio.

 Refração em superfície 

refração

O desenho anterior ilustra ondas do mar vistas de cima que atingem um banco de areia (redução de velocidade).

 

  Refração em cordas

 A mudança de velocidade de uma onda em uma corda ocorre quando há cordas de densidades lineares diferentes.

Observe um pulso que se propaga de uma corda grossa para uma corda fina.

Na corda fina o pulso refratado terá maior velocidade e maior comprimento de onda. Observe que há também o surgimento de um pulso refletido que retorna na mesma fase (a corda fina não oferece resistência, funciona como reflexão de corda livre).

 Observe um pulso que se propaga de uma corda fina para uma corda grossa.

Na corda fina o pulso refratado terá menor velocidade e menor comprimento de onda. Observe que há também o surgimento de um pulso refletido que retorna na fase oposta (a corda grossa oferece resistência, funciona como reflexão de corda fixa).

 

refração em cordas

 A Lei de Snell também é valida, sendo seu uso através da relação de velocidade mais comum. Na óptica seu uso comum é com o índice de refração

Snell

Difração

A onda contorna um obstáculo (ou abertura). Só ocorre quando o comprimento de onda tem dimensões próximas do obstáculo (ou abertura). 

difração

Obs.: O comprimento de onda sonora fica entre 1,7 cm e 17 m, por isso a onda sonora controna facilmente objetos do nosso cotidiano como uma porta, janela, muro e coisas cujas dimensões variem próximas do comprimento de onda. Para a luz o comprimento de onda é muito pequeno (valores por volta de 0,0000001 m = 10-7 m), assim para observar a luz fazendo curva é preciso um obstáculo muito pequeno.

 

Interferência

A interferência é o resultado da superposição entre ondas. Pode provocar um aumento na amplitude (interferência construtiva) ou diminuição na amplitude (interferência destrutiva).

 Interferência em cordas:

Fases iguais: as amplitudes se somam.

 Fases opostas: as amplitudes se subtraem

interferencia

Exercício resolvido: (Cuidado)

A figura mostra dois pulsos idênticos em comprimento e amplitude e com fases distintas que se propagam em uma corda.

 Após um certo instante ocorre a total superposição dos pulsos.

 

Podemos afirmar que:

a)     as velocidades dos pontos A  e B da corda são nulas.

b)    a velocidade do ponto B da corda é vertical para baixo.

c)     a velocidade do ponto A da corda é nula.

d)    a velocidade do ponto B da corda é nula.

e)     a velocidade do ponto A da corda é vertical para baixo.

 

Solução:

 Para entender a solução pense em uma onda da praia. Quando ela se aproxima de você, seu movimento é de subida. Após passar do ponto mais alto (velocidade nula no instante), começa a descida.

Assim acontece com os pontos da corda, observe:

Logo a velocidade do ponto A é vertical para baixo e a do ponto B é vertical para cima. O único ponto de velocidade nula momentânea seria o ponto médio do pulso.

 Letra E

 

 Interferência em superfície.

 Imagine uma fonte vibrando na superfície de um lago. Serão produzidas ondas circulares representadas por suas cristas no desenho a seguir.

 interferencia

Agora imagine duas fontes (F1 e F2) produzindo ondas iguais.

interferencia em superficie

Os pontos indicados representam interferências construtivas  e destrutivas.

 

 Polarização

A onda é forçada a se propagar em um único plano. Só ocorre com ondas transversais.

Pense em uma pessoa sacudindo uma corda presa em uma parede em um movimento circular.

Agora imagine que há uma fresta entre a pessoa e a parede. Do lado da pessoa a corda ficará girando, mas do outro lado da fresta, a corda só poderá subir e descer. Assim será criada uma onda transversal que se propaga apenas na direção da fresta.

O desenho a seguir ilustra uma onda que foi criada a partir de um movimento rotatório. Ao passar pela primeira fenda a onda só oscila na horizontal. Ao atravessar a fenda vertical a onda é nula, pois não há movimento vertical.

polarização

Obs.: Uma onda luminosa que atravessa um polarizado ficará com apenas uma direção de propagação. Se outro polarizador for colocado de maneira transversal ao primeiro, a onda luminosa não atravessará, ficando a região comum entre os polarizadores sem luz. Girando um dos polarizadores, a área comum escurece. Girando 90o não passa luz

 polarizadores

Veja aqui o video com polarizadores

 

 

Caiu no Enem

(Enem)  As ondas eletromagnéticas, como a luz visível e as ondas de rádio, viajam em linha reta em um meio homogêneo.

Então, as ondas de rádio emitidas na região litorânea do Brasil não alcançariam a região amazônica do Brasil por causa da curvatura da Terra. Entretanto sabemos que é possível transmitir ondas de rádio entre essas localidades devido à ionosfera.

Com ajuda da ionosfera, a transmissão de ondas planas entre o litoral do Brasil e a região amazônica é possível por meio da

a) reflexão.   

b) refração.   

c) difração.    

d) polarização.   

e) interferência.   

Solução:

(Enem)  O progresso da tecnologia introduziu diversos artefatos geradores de campos eletromagnéticos. Uma das mais empregadas invenções nessa área são os telefones celulares e smartphones. As tecnologias de transmissão de celular atualmente em uso no Brasil contemplam dois sistemas. O primeiro deles é operado entre as frequências de 800 MHz e 900 MHz e constitui os chamados sistemas TDMA/CDMA. Já a tecnologia GSM, ocupa a frequência de 1.800 MHz.

Considerando que a intensidade de transmissão e o nível de recepção “celular” sejam os mesmos para as tecnologias de transmissão TDMA/CDMA ou GSM, se um engenheiro tiver de escolher entre as duas tecnologias para obter a mesma cobertura, levando em consideração apenas o número de antenas em uma região, ele deverá escolher:

a) a tecnologia GSM, pois é a que opera com ondas de maior comprimento de onda.   

b) a tecnologia TDMA/CDMA, pois é a que apresenta Efeito Doppler mais pronunciado.   

c) a tecnologia GSM, pois é a que utiliza ondas que se propagam com maior velocidade.   

d) qualquer uma das duas, pois as diferenças nas frequências são compensadas pelas diferenças nos comprimentos de onda.   

e) qualquer uma das duas, pois nesse caso as intensidades decaem igualmente da mesma forma, independentemente da frequência.   

 Solução:

 

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