8- comunicações a curtas distâncias_ ondas (sílvia dinis's conflicted copy 2012-09-28) (1)

Unidade II - Comunicações Sumário : Transmissão de sinais. A propagação de um sinal. Ondas mecânicas. Tipos de ondas. Propagação de uma onda mecânica. Som e Luz. Características das ondas .

• A nossa sociedade mudou muito nas últimas décadas de anos. Os meios de comunicação modernos como a televisão, o telemóvel e a Internet permitem que a informação chegue rapidamente a todo o lado. A Física esteve na base de todos esses meios de comunicação. Sem a ciência, não poderíamos comunicar com rapidez e comodidade!

• A informação chega-nos através dos sentidos da visão e da audição, que nos permitem captar a luz e o som.

• Ao processo de envio e receção de informação designa-se de COMUNICAÇÃO.

• A comunicação pode fazer-se a distâncias curtas ou longas.

Transmissão de sinais

• Chama-se sinal a qualquer perturbação que seja usada para comunicar (transmitir uma mensagem).

Emissor Receptor

2.1. Comunicação de informação a curtas distâncias.

Nesta parte, a Física explica as várias maneiras de comunicar, usando conceitos como SINAL, PROPAGAÇÃO, ONDA…

Sendo muitos os sinais no nosso quotidiano, vamos classificá-los:

Quanto à localização no tempo, distinguem-se dois tipos de sinais: contínuos e de curta duração - Pulso. http://phet.colorado.edu/sims/wave-on-a-string/wave-on-a-string_es.html

Sinais periódicos: São sinais que se repetem regularmente em intervalos de tempo fixo ou períodos.

Sinais não periódicos ou aperiódicos: São sinais onde não se verifica periodicidade na repetição.

A comunicação entre emissor e receptor só ocorre se a perturbação for transmitida a todos os pontos do espaço, pelo que a propagação de um sinal nunca é instantânea (ie, não é um pulso).

http://phet.colorado.edu/sims/wave-on-a-string/wave-on-a-string_es.html

Sinal de curta e longa duração


• Os sinais podem ser de curta duração – a que se chama pulso – ou de longa duração.

• Um pulso é uma perturbação produzida num dado instante.

• O sinal de curta duração é uma onda solitária e resulta da propagação de um só pulso.

• O sinal de longa duração ou contínuo é uma onda persistente e resulta da propagação de pulsos contínuos.

A propagação de um sinal. Ondas mecânicas


• Uma onda é a propagação de uma perturbação de uma região para outra do espaço. (Existe transferência de ENERGIA e não de MATÉRIA).

• As ondas que necessitam de um meio material para a sua propagação são designadas por ondas mecânicas.

Exemplos: ondas sonoras, ondas sísmicas, ondas do mar.

• As ondas electromagnéticas não necessitam de um meio material para se propagarem, isto é, propagam-se no vazio.

Andreia

Não há deslocamento das partículas constituintes do meio na direcção de propagação, apenas oscilações em torno de posições de equilibrio.


A propagação de um sinal. Ondas mecânicas

• Em qualquer fenómeno ondulatório existe sempre uma perturbação inicial que altera localmente uma propriedade física do meio.

• Esta alteração é transmitida para outra região do espaço e chegará a um ponto após algum tempo.

Ondas sísmicas

Tipos de ondas


Onda longitudinal Onda transversal

• Onda longitudinal: a perturbação avança na mesma direção em que foi produzida.


As ondas, em relação ao modo como se propagam, classificam-se em:

• Onda transversal: a perturbação é provocada perpendicularmente à direcção em que se vai propagar.


Tipos de ondas

Onda longitudinal Onda transversal

Zonas de rarefação

Zona de compressão

Vales/ventresCristas

• A propagação de uma onda mecânica consiste numa sucessão de perturbações no meio em torno de uma posição de equilíbrio.


Propagação de uma onda mecânica

• Não há deslocamento de partículas do meio na direcção de propagação, apenas oscilações em torno da posição de equilíbrio.

Som e Luz


Som Radiação eletromagnética

Propaga-se através de ondas sonoras.

As ondas sonoras podem ser de dois tipos, dependendo do meio:

- gases: longitudinal;

- sólidos: longitudinal ou transversal.

Necessita de um meio material para se propagar. É uma onda mecânica.

Propaga-se através de ondas electromagnéticas.

As ondas electromagnéticas são ondas transversais.

Não necessita de um meio material para se propagar, ou seja, propaga-se no vazio.

• Propagam-se com uma velocidade muito superior 3x108 m/s no vazio ou no ar.

Uma onda é um modo de transferir energia

• Uma onda transporta energia. Transferindo energia, um movimento ondulatório permite transmitir energia.

• A velocidade de propagação depende das propriedades físicas do meio e não depende da quantidade de energia transferida inicialmente.


CARACTERÍSTICAS DE UMA ONDA:

CRISTA

VALE

A

A

COMPRIMENTO DE ONDA ():

AMPLITUDE (A):

Distância entre duas cristas sucessivas, ou entre dois vales sucessivos, ou ainda, a distância horizontal necessária para que a onda faça uma oscilação completa

Distância entre a linha média e uma crista ou um vale.

CRISTA

VALE

FREQUÊNCIA (f):

PERÍODO (T):

Número de oscilações realizadas num intervalo de tempo (1s).

A unidade de medida de frequência no SI é o hertz (Hz)

Supondo que a onda abaixo faça três oscilações num segundo, sua frequência seria f = 3 Hz.

Tempo necessário para se realizar uma oscilação completa.

Supondo que a onda acima faça três oscilações num segundo, então ela demora 1/3 de segundo para fazer uma oscilação completa. Logo T = 1/3 s.

OBSERVAÇÃO:

Note que o período é o inverso da frequência. Assim T = 1/f

v = . f

VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO (V):

Considerando uma oscilação completa de uma onda, temos:

X = t = Te

Então:

v = x / t v = / TMas: f = 1/T

Portanto:

Características das ondas

Grandeza física

Símbolo

Unidade SI

Definição Representação

Amplitude A m Máximo afastamento em relação à posição de equilíbrio

Comprimento de onda

m Distância entre duas partículas na mesma fase de vibração /

Distância que a onda se propaga num período

Período T s Tempo que uma partícula demora a executar uma vibração

completa.

Frequência f Hz Número de vibrações que uma partícula efectua numa unidade de

tempo.


Onda periódica

• Quando uma onda resulta da emissão de um sinal repetido em intervalos regulares, diz-se que estamos perante uma onda periódica.

• A onda sinusoidal ou harmónica é a onda periódica mais simples:


Andreia

Imagina uma corda esticada emitindo uma sequencia de pulsos, repetindo a agitação para cima e para baixo na sua extremidade. Se esses pulsos forem iguais e emitidos em intervalos de tempo iguais, diz-se que a onda é periódica.


Onda sinusoidal ou harmónica

• Um sinal harmónico ou sinusoidal é um sinal periódico expresso matematicamente pela função:

)sin( tAy

• As funções trigonométricas senos e co-senos são chamadas funções harmónicas. Por isso, os

movimentos descritos pela lei y = A sin (t) são chamados harmónicos.

Unidades S.I.

Y – Elongação (afastamento em relação à posição de equilíbrio. O seu valor máximo coincide com A e o mínimo com - A) m

A – Amplitude das oscilações m

- frequência angular (pulsação) rad s-1

t – tempo s

Onda sinusoidal – características e periodicidade

f 2


• Uma sinusoidal possui uma periodicidade no tempo, igual ao período (T) de vibração da fonte sonora.

• Uma onda sinusoidal possui uma periodicidade no espaço de valor igual ao comprimento de onda ().

• O período é independente da amplitude da onda.• Embora iniciem o movimento oscilatório em instantes diferentes,

passado algum tempo, todas as partículas se encontram a vibrar com a mesma frequência. Essa frequência corresponde à frequência do emissor.

T

2f 2

Características das ondas

• O valor do comprimento de onda depende de:

- propriedades do meio (as propriedades físicas do meio impõem uma determinada velocidade de propagação).

- características da fonte (frequência da fonte).

f

v


A ONDA SONORA:

Onda tridimensional, mecânica e longitudinal SOM

20 Hz 20 000 Hz

Infra sons Ultra sonsSons Audíveis

Vsólidos Vlíquidos Vgases

QUALIDADES FISIOLÓGICAS DO

SOM

ALTURA

INTENSIDADE

TIMBRE

FREQUÊNCIA- agudo, graveAMPLITUDE – forte, fraco

FORMA- (depende fonte sonora)

ALTURA:

Qualidade do som relacionada à frequência. Nesse caso, os sons são classificados em Graves ou Agudos.

SOM GRAVE:

Som de baixa frequência

SOM AGUDO:

Som de alta frequência

INTENSIDADE:

Qualidade do som relacionada à amplitude. Nesse caso, os sons são classificados em Forte ou Fraco.

SOM FORTE:

Som de alta intensidade, portanto, grande amplitude

SOM FRACO:

Som de baixa intensidade, portanto, baixa amplitude

TIMBRE:Qualidade do som relacionada à forma da onda. É a qualidade que nos permite diferenciar dois sons de mesma altura e mesma intensidade.

INSTRUMENTO A

INSTRUMENTO B

EXEMPLOS:

SOM FORTE E AGUDO

SOM FRACO E AGUDO

SOM FRACO E GRAVE

SOM FORTE E GRAVE

ALGUMAS FORMAS DE ONDA (TIMBRE):

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