Comunicação da informação a curta distância

FQA Unidade 2 - FÍSICA

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Aparelhos de rádio / Televisores *

Telefone / Telemóvel *

Gravadores de som e de imagem *

Internet *

É possível imaginar como seria o nosso mundo sem os meios de comunicação de que dispomos? Os…

… permitem que a informação chegue rapidamente a todo o lado.

Meios de comunicação

Comunicação - é o processo de envio

e de receção de informação com um

dado propósito.

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A forma escolhida para comunicar depende:

• da distância que separa a fonte do recetor e

• do tipo de mensagem a enviar.

Comunicação

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A curtas

distâncias: O receptor está perto

Tipo de

comunicação

A longas

distâncias O receptor está longe

Tipos de comunicação

A Física – explica as várias maneiras de

comunicar, usando conceitos como sinal,

propagação, onda, etc.

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Sinal qualquer espécie de perturbação que seja utilizada

para comunicar, transmitir, uma mensagem ou parte dela.

emissor do sinal – é quem provoca a perturbação.

recetor do sinal – é quem reconhece a perturbação.

Emissor e recetor

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Transmissão de Sinais

Um sinal localiza-se no espaço e no tempo:

A localização no espaço está relacionada com o local onde

foi produzida a perturbação.

A localização no tempo está relacionada com o instante em

que a perturbação foi produzida.

Um sinal – é uma perturbação e está sempre

relacionado com uma alteração de uma propriedade

física de um meio onde está o emissor.

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Sinal

• É preciso criar uma

perturbação, isto é, um

sinal que se propague.

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Para que haja comunicação

Num processo de comunicação:

• O emissor produz um sinal;

• O sinal propaga-se;

• O recetor recebe e interpreta o sinal

• Faz-se no espaço

• Leva algum tempo

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A propagação de um sinal no espaço nunca é instantânea requer sempre um período de tempo entre a sua emissão e a sua receção.

A propagação de um sinal

• Pulso é um sinal de curta duração.

• Onda é a propagação do sinal, ou do pulso.

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Pulso ou onda

• “Onda” solitária – é uma onda associada a um só pulso (sinal

de curta duração).

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Onda

Onda persistente – propagação de uma sequência de pulsos (um sinal de longa duração).

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Onda

“Onda” num estádio de futebol

A energia é transmitida ao longo do estádio mas as pessoas permanecem nos mesmos lugares (apenas se levantam e se tornam a sentar).

Uma onda

• Não transporta matéria

• Transporta energia

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Onda

O pulso gerado num determinado

ponto da corda vai estar, decorrido

algum tempo, noutro ponto da corda.

Há transferência de energia de um

ponto para outro da corda

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Após a emissão, qualquer sinal demora um intervalo

de tempo a percorrer uma certa distância.

O intervalo de tempo pode ser representado por t

e a distância por x.

O tempo que cada sinal demora a percorrer uma

certa distância, está relacionado com a velocidade

de propagação, v que é definida através de:

t

xv

Energia e velocidade de propagação

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Classificação de Ondas

Ondas Mecânicas

• Precisam de um meio material para se propagarem.

• Não se propagam no vazio

Exemplos:

–Som (no ar)

–Ondas sísmicas (na terra)

–Ondas do mar (na água) 16

• Não precisam de um meio material

para se propagarem.

• Podem propagar-se no vazio.

• Exemplos:

– Luz visível

– Radiação ultravioleta

– Radiação infravermelha

– Ondas rádio

– Micro-ondas

– Raios X

– Raios gama

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Ondas Eletromagnéticas

As oscilações dos campos magnéticos e

elétricos de uma onda eletromagnética

são perpendiculares entre si.

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Onda transversal

Onda longitudinal

Ondas longitudinais e transversais

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E as ondas na água?

À medida que a onda progride na água, as partículas realizam movimentos circulares no sentido dos ponteiros do relógio.

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Comprimento de onda

Frequência

Amplitude

Características

de uma Onda

Período

Elementos característicos das ondas

• Resulta da

propagação de

pulsos iguais

emitidos em

intervalos de

tempo iguais.

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Onda periódica

Período de uma onda, T (s)

• Intervalo de tempo que decorre entre a emissão de dois pulsos;

• Só depende do período de oscilação da fonte emissora;

• Caracteriza a periodicidade da onda no tempo

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• Número de oscilações por unidade de tempo;

• Depende da frequência da fonte emissora;

• É uma característica da onda;

• É o inverso do período, f = 1/T

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Frequência de uma onda, f (Hz)

• Distância que a onda avança ao fim de um período;

• Depende do meio de propagação;

• Caracteriza a periodicidade da onda no espaço.

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Comprimento de onda, λ (m)

• Elongação máxima, ou seja, o máximo afastamento dos pontos que vibram relativamente à posição de equilíbrio.

• Depende da amplitude da fonte emissora.

• Está relacionada com a intensidade do sinal emitido.

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Amplitude de uma onda

Tv

t

xv

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Considerando um intervalo de tempo de um período a onda avança no espaço um comprimento de onda, λ.

Velocidade de Propagação Velocidade de Propagação

como

Tf

1

fv 27

Sabendo que

Tv

Velocidade de Propagação

Então no mesmo meio, a frequência e o

comprimento de onda são inversamente

proporcionais .

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Caraterísticas das ondas

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Duas partículas do meio estão em fase se ocuparem posições

distanciadas de um comprimento de onda ou de múltiplos inteiros

de comprimento de onda.

Se a distância entre duas partículas do meio for de meio

comprimento de onda ou de múltiplos ímpares de comprimentos

de onda, então diz-se que estão em oposição de fase.

Verifique na animação ao lado

a interferência construtiva e a

interferência e destrutiva.

Ondas em fase e em oposição de fase

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Um sinal harmónico está associado a uma perturbação do meio que

provoca a oscilação livre das suas partículas em torno de uma

posição de equilíbrio.

As partículas adquirem movimento oscilatório harmónico simples.

Sinais harmónicos e onda harmónica

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X - elongação ou valor do deslocamento do oscilador (m)

elongação máxima x = A elongação mínima x = A

A – amplitude do oscilador ou de oscilação (m)

depende da amplitude de oscilação da fonte que emite o sinal

- frequência angular (rad s-1)

t – tempo (s)

A frequência angular está relacionada com a frequência de oscilação

por

E com o período

= 2pf

T

πω

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O sinal harmónico simples descreve-se pela função:

x = A sin t

Velocidade de propagação das ondas

Uma onda propaga-se com velocidades diferentes em diferentes meios;

A velocidade máxima de propagação de um sinal é 300 000 km/s - que é a velocidade da luz no vazio;

A velocidade da luz no vidro ou na água é menor que este valor;

O som propaga-se a 340 m/s;

O som não se propaga no vazio.

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• Evolução no tempo

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Onda Harmónica

Pulsos sinusoidais ou harmónicos são pulsos descritos matematicamente por uma função seno ou coseno.

• Evolução no espaço

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Onda Harmónica

Ondas harmónicas...

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Para ondas harmónicas com a mesma frequência, a onda com maior amplitude tem maior intensidade. Para ondas harmónicas com a mesma amplitude, a onda com maior frequência tem maior intensidade.

O Som...

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Uma onda sonora resulta do movimento vibratório das partículas à volta do emissor de som. No som há transporte de energia, mas não há transporte de partículas.

Variação periódica da pressão...

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Num mesmo ponto P a pressão varia periodicamente ao longo do tempo.

Na situação A a pressão no ponto P é menor e na situação C a pressão nesse ponto é maior. As situações A, B, C e D estão ordenadas no tempo.

Características das ondas sonoras

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As ondas sonoras são longitudinais: as partículas de ar oscilam na direção de propagação da onda.

Velocidade de propagação do som

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O som só se propaga em meios materiais.

A velocidade depende do meio de propagação.

Sons simples ou puros / sons fortes e fracos

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A intensidade - permite distinguir um som fraco dum som forte.

Um som forte corresponde a uma onda de grande intensidade;

Um som fraco corresponde a uma onda de pequena intensidade.

Duas ondas sonoras sinusoidais com a mesma frequência mas amplitudes diferentes:

- a onda de maior amplitude corresponde a um som mais forte.

O que é um som simples ou puro? – é um som cuja forma matemática é uma função seno (ou co-seno), ou seja, é uma onda harmónica ou sinusoidal. Só tem um comprimento de onda.

Sons graves e sons agudos

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Ondas sonoras de diferentes frequências: à de maior frequência corresponde um som agudo (alto) e à de menor frequência corresponde um som grave (baixo).

Sons complexos

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As curvas A e B representam sons puros. A onda sonora corresponde ao som puro A tem período TA e corresponde ao som puro B tem período TB.

A curva C é o resultado da sobreposição dos dois sons A e B.

O som resultante é complexo.

Harmónicos

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A onda verde tem frequência dupla da onda vermelha e a onda amarela tem frequência tripla da onda vermelha.

Harmónicos: ondas sinusoidais cuja frequência é um múltiplo inteiro da frequência do som fundamental.

Em música, chama-se som fundamental à onda A (de frequência menor), e harmónicos às outras ondas (B e C). Em física, chamam-se harmónicos a todas essas ondas, sendo o som fundamental o harmónico de menor frequência (1º harmónico).

Timbre

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O número de harmónicos ou a proporção de cada um num instrumento musical confere características particulares ao instrumento e à voz humana veja-se as ondas emitidas por instrumentos diferentes que têm timbres diferentes.

Combinações dos mesmos harmónicos mas com amplitudes diferentes originam sons complexos diferentes

O timbre permite distinguir dois sons com a mesma intensidade e frequência mas produzidos por instrumentos diferentes.

A tecnologia de reconhecimento de voz em telemóveis e computadores baseia-se na identificação dos diferentes harmónicos de um som. complexo.

Espetro Sonoro

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O ouvido humano só é sensível a ondas sonoras com certas características de intensidade e altura.

Microfone e altifalante

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O altifalante converte um sinal elétrico num sinal sonoro com a mesma informação.

Há muitos tipos de altifalantes e de microfones. Têm todos em comum a conversão de um sinal elétrico numa onda sonora ou vice-versa.

O microfone converte um sinal sonoro num sinal elétrico com a mesma informação.

Estes processos de conversão de um sinal sonoro em sinal elétrico e/ou conversão de um sinal elétrico em sinal sonoro passam-se também nos telefones, nos telemóveis, nas televisões, nos rádios, nos computadores, etc.

Sonar

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Nas ecografias utilizam-se ultra-sons com frequências da ordem do milhão de ciclos por segundo (mega-hertz, MHz).

O sonar (SOund Navigation and Ranging), instrumento muito útil para medir distâncias, também utiliza ultra-sons mas com frequências inferiores.