Bem-vindos ao Bem-vindos ao “Mundo das “Mundo das Ondas”!!!Ondas”!!!

OndasOndasOndasOndas

• Uma onda é uma perturbação oscilante no espaço e periódica no tempo. A oscilação espacial é caracterizada pelo comprimento de onda e a periodicidade no tempo é medida pela frequência da onda, que é o inverso do seu período. Estas duas grandezas estão relacionadas pela velocidade de propagação da onda.

Exemplos de ondas:

• Ondas do mar - que são perturbações que se propagam através da água. • Som – Ondas Sonoras – são ondas mecânicas que se propagam através do ar, líquidos e sólidos, que é de uma frequência detectada pelo sistema auditivo. Uma onda similar é a onda sísmica presente nos terramotos. • Luz, Ondas de rádio, Raio Xs, etc. - são ondas eletromagnéticas. Neste caso a propagação é possível sem um meio físico, isto é, através do vácuo.

Periodicidade das ondasPeriodicidade das ondasPeriodicidade das ondasPeriodicidade das ondas

• Período (T) - é o intervalo de tempo que a onda demora a fazer uma oscilação completa (s).

• Comprimento de onda (λ) – é igual à distância entre dois pontos consecutivos onde a onda se repete com as mesmas características (duas cristas ou dois vales consecutivos) (m).

• Frequência (f) – número de vibrações de uma partícula por segundo (Hz).

Características das Características das ondasondasCaracterísticas das Características das ondasondas

• Amplitude (A) – é a distância máxima entre a posição de equilíbrio e uma crista ou um vale (ventre) (m).

Comunicações Comunicações a longas a longas

distânciasdistâncias

6

A radiação A radiação electromagnética electromagnética na comunicaçãona comunicação

A radiação A radiação electromagnética electromagnética na comunicaçãona comunicação

As As ondas electromagnéticasondas electromagnéticas são utilizadas nas são utilizadas nas comunicações a curtas e a longas distâncias, pois comunicações a curtas e a longas distâncias, pois deslocam-se em meios materiais e no vazio e não deslocam-se em meios materiais e no vazio e não são absorvidas pelo ar, não “perdem” intensidade são absorvidas pelo ar, não “perdem” intensidade ao longo da sua trajectória de prao longo da sua trajectória de propagação. Estas pagação. Estas podem ser ondas de rádio, microondas e radiação podem ser ondas de rádio, microondas e radiação visível. visível.

sm

sKmv

vazionoLuz

8100,3000300

Ondas electromagnéticas consiste na propagação de um campo eléctrico ( ) e de um campo magnético ( ), perpendiculares entre si. É uma onda transversal porque se propaga numa direcção perpendicular à oscilação dos campos eléctrico e magnético.

BE

Produção de ondas Produção de ondas rádiorádio

Produção de ondas Produção de ondas rádiorádio

Para comunicar à distância é necessário converter as ondas sonoras em ondas rádio. A produção de ondas rádio só foi possível a partir dos trabalhos, sobre o electromagnetismo, realizados por alguns cientistas:

Hans Christian Oersted

(1777-1851)

• Descobriu o electromagnetismo através dos efeitos magnéticos da corrente eléctrica.

Michael Faraday(1791-1867)

• Aprofundou o conhecimento sobre o electromagnetismo e descobriu que um campo magnético pode originar uma corrente eléctrica – Indução de corrente eléctrica.

• Estudou as linhas de campo.

James ClerK Maxwell(1831-1879)

• Descobriu a relação entre os fenómenos eléctricos e magnéticos e estabeleceu quatro equações – equações de Maxwell – que resumem os conhecimentos de electromagnetismo, até então conhecidos.

• Afirmou que a luz é uma onda electromagnética.

Heinrich Rudolf Hertz(1857-1894)

• Confirmou experimentalmente as equações de Maxwell.

• Conseguiu produzir ondas electromagnéticas a partir de circuitos eléctricos.

• Conseguiu transmitir ondas electromagnéticas à distância, construindo antenas receptoras de ondas electromagnéticas – ondas rádio.

Guglielmo Marconi(1874-1937)

• Com base nos trabalhos de Hertz, sobre a produção de ondas de rádio, conseguiu transmitir um sinal a longa distância, o que lhe permitiu inventar a telegrafia sem fios e os serviços telefónicos intercontinentais, Europa-América.

Afinal como se Afinal como se faz a comunicação?faz a comunicação? Falando!

Transmissão de sinais: Sinal Analógico e Sinal

Digital

Transmissão de sinais: Sinal Analógico e Sinal

DigitalA comunicação faz-se através de sons e imagens que

podem ser:

A. Sinais Analógicos – são originados por uma grandeza que varia de um modo contínuo e suave,

ao longo do tempo.

Exemplos:Cassete áudio ou vídeo.

B. Sinais Digitais – são originados por uma função discreta, função descontínua, manifestando-se por

unidades discretas, por exemplo, através dos valores 1 e 0.

Exemplos: CD ou DVD.

NOTA: O sinal analógico, durante a sua propagação, pode sofrer alteração da sua forma devido à DISTORÇÃO, transmissão imperfeita através das antenas, INTERFERÊNCIA, sobreposição de outros sinais, ou RUÍDO, deformação devido a situações imprevisíveis, tais como as condições atmosféricas.

O sinal digital não é tão afectado pelo ruído durante a transmissão, logo pode-se converter um sinal analógico num sinal digital (e vice-versa), que depois volta a ser convertido em analógico.

Ondas portadoras e Ondas portadoras e modelação em amplitude modelação em amplitude

e em frequênciae em frequência

Ondas portadoras e Ondas portadoras e modelação em amplitude modelação em amplitude

e em frequênciae em frequênciaPara comunicar informação de um Para comunicar informação de um

emissor para uma antena receptora a emissor para uma antena receptora a onda electromagnética tem que ter onda electromagnética tem que ter

uma frequência elevada, para originar uma frequência elevada, para originar uma tensão, oscilação das cargas uma tensão, oscilação das cargas

eléctricas na antena receptora. Assim:eléctricas na antena receptora. Assim:

1º Há transformação do som e/ou imagem em sinais eléctricos, num microfone ou câmara de filmar – SINAIS ELÉCTRICOS PRIMÁRIOS.

2º Para chegarem ao receptor têm que se transformar em ondas electromagnéticas de frequência elevada – ONDA PORTADORA – que transporta a informação.

3º A onda electromagnética tem que sofrer alterações nas suas características, a onda é MODULADA, isto é, consiste na combinação das características da onda electromagnética, frequência e amplitude, com as características do sinal a transmitir. Esta modulação é feita através de sinais eléctricos.

A modulação pode ser feita em:

A modulação pode ser feita em:

AMPLITUDE (AM) – é o sinal correspondente à informação que modifica a amplitude da onda

portadora. A envolvente da onda portadora tem a forma idêntica à do sinal que transporta.

A onda resultante é mais sensível a alterações durante a sua propagação.

Na modulação da amplitude da onda só se altera a amplitude permanecendo constante a frequência.

21

A modulação pode ser feita em:

A modulação pode ser feita em:

FREQUÊNCIA (FM) – é o sinal correspondente à informação que modifica a frequência da onda portadora, associando frequências elevadas da onda portadora a amplitudes elevadas do sinal e as baixas frequências a pequenas amplitudes.

Na modulação em frequência altera-se a frequência da onda portadora, mas a amplitude permanece inalterada.

A modulação das ondas electromagnéticas permite a propagação do sinal a larga distância, mas para se conhecer a mensagem transmitida é necessário desmodulá-la.

22

23

No Transmissor:

A modulação ocorre no emissor ou transmissor e a desmodulação no receptor

A modulação ocorre no emissor ou transmissor e a desmodulação no receptor

- o sinal sonoro é convertido em sinal eléctrico;- o sinal eléctrico é ampliado;- há produção de ondas rádio de elevada

frequência, ondas portadoras, utilizando correntes alternadas;

- verifica-se a modulação da onda portadora;- a onda moduladora é ampliada e transmitida

através de antenas.

24

Na Atmosfera:- as ondas com maior comprimento de onda propagam-se

directamente do emissor para o receptor;- as ondas com menor comprimento de onda propagam-se

através de sucessivas reflexões.

No Receptor:- captação da onda modulada através de antenas;- selecção da onda modulada com a frequência

desejada;- desmodulação da onda, separando o sinal da onda

portadora;- conversão do sinal eléctrico que contém a informação

em sinal sonoro, através do altifalante;- ampliação do sinal sonoro.

Na comunicação da informação a curtas distâncias utilizam-se altifalantes e microfones, são os dois extremos do sistema sonoro.

O MICROFONE transforma a vibração mecânica provocada pelo som em corrente eléctrica alternada de baixa frequência, isto é, transforma um sinal sonoro numa corrente eléctrica de baixa frequência, corrente alternada.

O ALTIFALANTE transforma a corrente eléctrica alternada em vibrações mecânicas que reconstroem o som inicial, isto é, transforma uma corrente eléctrica num sinal sonoro.

O SOM…

• A sequência das fases mais importantes do funcionamento dos microfones de indução e dos altifalantes são:

No microfone, o diafragma vibra e origina uma corrente eléctrica.

No altifalante, a corrente eléctrica origina a vibração da membrana.

EXERCICIOS• 1. Uma fonte emite pulsos periódicos numa corda à razão de 6 pulsos por segundo,

gerando uma onda com amplitude de 5 cm. Ao fim de um período a onda propagou-se na corda a 4,0 cm de distância. Quais são o seu período, frequência, comprimento de onda e velocidade de propagação?

2. A figura representa uma onda transversal numa corda, cuja frequência é 100 Hz, num dado instante.

• a) Que relação há entre a direcção de propagação da onda e a direcção da perturbação?

b) A figura evidencia a periodicidade espacial ou temporal da onda? Justifique.

c) Determine o comprimento de onda, a amplitude e a velocidade de propagação.