ondas sonoras

Características das ondas

A

T

f

Quando surgir este sinal, explore a animação!

Comunicação – produção e propagação de sinais

Toda a comunicação de informação envolve a transmissão e uso de sinais.

Sinal Um sinal é uma perturbação de qualquer espécie que é usada

para comunicar (transmitir) uma mensagem ou parte dela.

Propagação

de um sinal Sinais originam ondas que se propagam no espaço e no tempo.

Numa onda há propagação de energia,

por vezes a grandes distâncias, mas não

há deslocamento de matéria. Há

apenas oscilações das partículas.

O que é uma onda? (propagação de uma perturbação)

O que acontece numa onda é mais ou menos

o que acontece no chamado «efeito dominó».

Uma perturbação é causada, por alguém ou

por alguma fonte, e esta perturbação

propaga-se de um ponto para outro

Efeito «dominó»

Quando se coloca uma fila de dominós, por exemplo, e se derruba o primeiro,

causa-se uma perturbação somente no primeiro dominó.

A perturbação propaga-se de um lugar para o outro.

A perturbação causada no primeiro dominó chega até ao último, derrubando-o,

apesar de cada dominó não ter saído da sua posição inicial.

A energia aplicada ao primeiro dominó chega até à última peça.

A perturbação transportou somente energia.

Ondas – propagação de sinais

Toda a comunicação de informação envolve a transmissão e uso de sinais.

Emissão Propagação Recepção

Vibração de

um objeto

Onda de som

(mecânica)

Ouvido

(membrana)

Som

Luz Oscilações de

cargas eléctricas

Onda de luz

(electromagnética)

Olho

(retina)

Ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas

Ondas mecânicas Ondas electromagnéticas

Ondas mecânicas são aquelas que precisam de um meio material para se poderem propagar.

Ondas electromagnéticas não precisam de meios materiais para se propagar.

A perturbação é causada em campos electromagnéticos e propaga-se através deles.

Ondas no oceano Som

Todas são perturbações causadas em meios materiais

A luz do Sol chega até nós mesmo existindo vácuo no espaço.

Outros exemplos de ondas electromagnéticas são as

microondas, as ondas de rádio etc.

Luz

Tipos de Ondas

Ondas

Ondas transversais Ondas longitudinais

As espiras vibram numa direcção

perpendicular à direcção de propagação

da onda.

As espiras vibram para um lado e para o

outro da posição de equilíbrio na própria

direcção de propagação.

As ondas eletromagnéticas são ondas

transversais.

As ondas sonoras (gases e líquidos) são

ondas longitudinais.

Exercício 1

R:

As ondas sonoras são ondas longitudinais ou transversais?

Na frase seguinte, apague o termo que não interessa entre as duas

hipóteses apresentadas.

“Nas ondas sonoras, a direção de vibração é (vertical/horizontal);

esta direção (coincide/não coincide) com a direção de

(condução/propagação).”

Onda sonora – onda longitudinal

Formam-se:

• zonas de compressão ( zonas com mais ar e,

por isso, com maior pressão)

• zonas de rarefacção (zonas com menos ar,

ou seja, com menor pressão)

… que se vão ambas propagando no espaço.

As vibrações da fonte sonora (por exemplo,

um diapasão), comprimem e descomprimem

sucessiva e periodicamente o ar em volta da

fonte sonora.

Características das ondas

A

Frequência (f)

Número de vibrações por segundo.

A unidade do Sistema Internacional é o hertz (Hz)

Comprimento de onda ()

Distância entre os inícios de duas cristas (ou ventres) consecutivos.

A unidade do Sistema Internacional é o metro (m)

Período (T)

Tempo de uma vibração completa

A unidade do Sistema Internacional é o segundo (s)

Amplitude (A)

Distância máxima entre uma crista (ou um ventre) e a posição de equilíbrio.

A unidade do Sistema Internacional é o metro (m)

Comprimento de onda, c.d.o. ()

Ondas com amplitudes (A)

diferentes

Características das ondas

Ondas com períodos (T),

frequências (f) e

comprimentos de onda ()

diferentes

Exercício 2

O gráfico abaixo representa a propagação de uma onda.

Quantas oscilações completas estão representadas na figura?

R:

O comprimento de onda está representado pela letra ….

A amplitude da onda está representada pela letra ….

Complete as frases seguintes com as letras A, B, C ou D da figura.

Exercício 3

Resposta:

Observe a representação abaixo de uma onda.

Indique o valor da amplitude (A) e do comprimento de onda ().

Considere, por exemplo, que há 100 oscilações completas em cada

segundo.

Para determinar o período, calcula-se o intervalo de tempo que uma

oscilação demora a efectuar-se:

s 0,01TT 100

1

Se há 100 oscilações completas em cada segundo, então a

frequência é de 100 Hz: Hz 100f

Logo, o período é o inverso da frequência e vice-versa

f

1T

T

1f

Relação entre período (T) e frequência (f)

Exercício 4

Exemplos resolvidos

Se f = 20 Hz sT 05,020

1

Se T = 4 s Hzf 25,04

1

Para resolver:

f = 10 Hz

T =

T = 0,4 s

f =

Exercício 5

O gráfico ao lado representa a

propagação de uma onda.

Cada quadrícula mede 2 cm de lado.

Com base nas informações do gráfico,

determine, em unidade S.I.:

a) O comprimento de onda

=

b) A amplitude

A =

c) O período

T =

c) A frequência

f =

Exercício 6

R:

A figura seguinte representa uma onda de frequência 20 Hz.

a)Indique a amplitude (A).

c) Calcule o período.

b)Indique o c.d.o. ().

Velocidade

Toda as ondas possuem uma velocidade de propagação.

Geralmente a velocidade da onda depende do meio material

onde ela se está a mover.

Para calcular esta velocidade média

é preciso dividir a distância percorrida

pela onda pelo tempo.

A tabela permite comparar, por exemplo, a

velocidade do som em diferentes meios.

Em que material o som se propaga com maior velocidade?

Água ou ar?

t

dv

Características das ondas

Meios materiais Velocidade de propagação

do som (m/s)

Ar (0 ºC) 330

Ar (20 ºC) 340

Água (20 ºC) 1480

Água (25 ºC) 1498

Cobre (20 ºC) 3750

Exercício 7

Resposta:

Classifique as afirmações que se seguem como verdadeiras ou falsas.

(A) A velocidade de propagação de som na água é maior do que no cobre, à

mesma temperatura.

(B) A velocidade de propagação do som na água é menor do que no ar, à

mesma temperatura.

(C) A velocidade de propagação do som na água a 25 ºC é igual à

velocidade de propagação do som na água a 0 ºC.

(D) A velocidade de propagação do som aumenta com a temperatura.

Exercício: Numa noite de trovoada, ouvi o trovão (som) 5 segundos após ter visto o

relâmpago (descarga eléctrica com emissão de luz). A que distância caiu o relâmpago?

No ar: Luz: v ≈ 300 000 000 m/s Som: v = 340 m/s

Dados: v = 340 m/s t = 5 s

Pedido: d = ?

Resolução:

R: O relâmpago caiu a uma distância de 1700 m (1,7 km).

t

dv

5340

d

d = 340 5 = 1700 m

Velocidade de propagação – exercício resolvido

t

dv

Exercício 8

R:

A Sofia viu um relâmpago e passados 4 s ouviu o som do trovão.

Sabendo que a velocidade de propagação do som no ar é 340 m/s, a

Sofia fez os cálculos e concluiu que o núcleo da trovoada estava a

cerca de 3 km.

Determine a distância e mostre que a Sofia errou nos seus cálculos.

Frequência (f) e comprimento de onda ()

fv O produto entre o c.d.o. () e a frequência (f) é

igual à velocidade de propagação da onda (v).

Este facto é fácil de compreender fazendo uma analogia com o

caminhar do adulto e da criança da figura ao lado.

Os dois caminham lado a lado, ou seja, à mesma velocidade.

Como a criança dá passos de menor comprimento, terá que, para

acompanhar o adulto, movimentar as pernas com maior frequência

(maior número de passos por segundo).

As grandezas frequência e comprimento de onda relacionam-se através da expressão:

Num dado meio material, quanto maior for a frequência (f) de uma onda

sonora, menor será o seu comprimento de onda ().

Características das ondas – exercício resolvido

Características das ondas – exercício resolvido

Exercício resolvido:

Uma onda sonora de 20 Hz propaga-se no ar a uma velocidade de 340 m/s.

Qual o seu comprimento de onda?

Resolução: v = f ×

v = 340 m/s 340 = 20 ×

f = 20 Hz Então, = 340 20 = 17 m

= ? O comprimento de onda é de 17 m.

Exercícios 9 e 10

R:

Determine a frequência de uma onda sonora que se propaga na água com um

comprimento de onda de 30 m.

A velocidade de propagação na água é de 1500 m/s.

Uma onda sonora de 5000 Hz propaga-se no ar (v = 340 m/s).

Qual é o seu comprimento de onda?

R: