Curso: Ciências da computação Disciplina: Física aplicada a computação Professor: Benhur Borges Rodrigues Relatório experimental 06: Ondas longitudinais e ondas transversais; Medida do comprimento de uma onda e um laser; As cores dos corpos: Absorção;

Grupo: Ederson Luis Posselt Fábio Legramanti Geovane Griesang Joel Reni Herdina Jônatas Tovar Shuler Ricardo Cassiano Fagundes

Santa Cruz do Sul, 12 de Outubro de 2007

Introdução

1.0 Ondas longitudinais e ondas transversais

Figura 1- Imagem de uma onda

Onda é uma perturbação oscilante de alguma grandeza física no espaço e periódica no

tempo [1]. Basicamente existem dois tipos de ondas: Ondas Longitudinais e transversais.

Figura 2- Ondas se propagando na superfície de um meio líquido

Ondas transversais são aquelas em que a vibração é perpendicular à direção de

propagação da onda; exemplos incluem ondas em uma corda e ondas eletromagnéticas [1].

Figura 3- Imagem de uma onda Transversal [2]

Ondas longitudinais são aquelas em que a vibração ocorre na mesma direção do

movimento; um exemplo são as ondas sonoras [1].

Figura 4 - Imagem de uma onda longitudinal[2]

Uma onda tem como características a amplitude, velocidade, comprimento de onda,

período e freqüência.

2.0 As cores dos corpos: Absorção

Fenômenos luminosos, visíveis ou não ao olho humano, estão dentro de uma faixa de freqüência e comprimento de ondas eletromagnéticas. O comprimento de onda visível ao ser humano é da ordem de 5000 ângstrons [8].

Os corpos não têm qualquer cor em si mesmos, apenas absorvem determinados comprimentos de onda com maior ou menor intensidade conforme suas propriedades fisicoquímicas. A refletem em termos de comprimentos de ondas é que produz a sensação colorida [5].

Figura 5 - Absorção da luz branca por soluções coloridas [7]

Quando dizemos que um objeto apresenta uma determinada cor, estamos afirmando

que a superfície do objeto reflete apenas esta certa cor e absorve todas as outras. Se um objeto reflete a luz vermelha, caso ele for iluminado por uma luz monocromática azul, ele nos parecerá preto, pois toda a luz incidente no corpo será absorvida por ele [8].

3.0 Medida do comprimento de uma onda de um laser

Um laser emite luz com um comprimento de onda de 694 nm. Outros meios geradores podem ser selecionados levando-se em conta o comprimento de onda de emissão desejado (veja tabela abaixo), a energia necessária e a duração do pulso. Alguns lasers são muito poderosos, tais como o laser de CO2, que pode cortar o aço. O motivo do laser de CO2 ser tão perigoso é que ele emite luz laser na região infravermelha e de microondas do espectro. Radiação infravermelha é calor, e esse laser basicamente consegue derreter qualquer coisa para a qual seja apontado [9].

Outros lasers, como os lasers de diodo, são muito fracos e são utilizados nos modernos apontadores a laser de bolso. Esses lasers costumam emitir um raio vermelho de luz que tem comprimento de onda entre 630 nm e 680 nm. Os lasers são utilizados na indústria e na área de pesquisa para fazer muitas coisas, o que inclui o uso de luz laser intensa para excitar outras moléculas e poder observar o que acontece com elas.

A seguir são apresentados alguns dos lasers mais comuns e seus comprimentos de onda de emissão:

Tipo de laser Comprimento de onda

(nm)

Fluoreto de argônio (UV) 193

Fluoreto de criptônio (UV) 248

Cloreto de xenônio (UV) 308

Nitrogênio (UV) 337

Argônio (azul) 488

Argônio (verde) 514

Hélio-neônio (verde) 543

Hélio-neônio (vermelho) 633

Corante Rodamina 6G (ajustável)

570-650

Rubi (CrAlO3) (vermelho) 694

Nd:Yag (NIR) 1.064

Dióxido de carbono (FIR) 10.600

Tabela 01 – Lasers mais comuns e comprimento de onda

Os lasers são classificados em quatro grandes áreas, conforme seu potencial de provocar danos biológicos. Todo laser deve portar um rótulo com uma das quatro classes descritas abaixo.

Classe I - esses lasers não emitem radiação com níveis reconhecidamente perigosos. Classe I.A. - essa é uma designação especial aplicada somente aos lasers que "não

devem ser vistos", tais como a leitora de preços a laser de um supermercado. O limite superior de energia da Classe I.A. é de 4 mW.

Classe II - esses são lasers visíveis de baixa energia que emitem acima dos níveis da Classe I, mas com uma energia radiante que não ultrapasse 1 mW. A idéia é que a reação de aversão à luz brilhante inata nos seres humanos irá proteger a pessoa.

Classe IIIA - esses são lasers de energia intermediária (contínuos: 1-5 mW) e são perigosos somente quando olhamos na direção do raio. A maioria dos apontadores a lasers se encaixa nesta classe.

Classe IIIB - são os lasers de energia moderada. Classe IV - composta pelos lasers de alta energia (contínuos: 500 mW, pulsados: 10

J/cm2 ou o limite de reflexão difusa). São perigosos para a visão em qualquer circunstância (diretamente ou espalhados difusamente) e apresentam provável risco de incêndio e risco à pele. Medidas significativas de controle são requeridas em instalações que contêm laser Classe IV [8].

Experiência 26: Ondas longitudinais e ondas transversais

A) ONDAS LONGITUDINAIS

PROCEDIMENTOS: � Montamos o esquema como ilustrado na figura, com uma distância de 100 cm; � Com a mola já colocada entre o diapasão e a haste fixa, ligamos a fonte e a reajustamos

para uma voltagem de 7,5V; � Como as vibrações na mola não se derem, iniciamos a vibração do diapasão conectado

a fonte com um toque, conforme descrito; � Assim que percebidos os nós das ondas, inicializou-se a fase de medições e análise das

ondas.

Montagem do esquema.

Regulagem da fonte.

Explanações sobre as ondas.

Visualização

das ondas longitudinais.

RESULTADOS: Com a seguinte situação:

� Distância entre o diapasão e a haste fixa: ~100 cm. � Voltagem regulada na fonte e aplicada ao diapasão: 7,5V.

O resultado encontrado foi de: Uma onda com comprimento de ~40 cm.

B) ONDAS TRANVERSAIS

PROCEDIMENTOS: � Utilizamos o mesmo esquema anteriormente montado; � Giramos o diapasão de modo que ficasse a 90° da posição original; � Mantivemos a voltagem em 7,5V. � Mais uma vez as vibrações na mola não se derem, iniciamos a vibração do diapasão

conectado a fonte com um toque, conforme descrito; � Assim que percebidos os nós das ondas, inicializou-se a fase de medições e análise das

ondas.

Ondas transversais encontradas durante o experimento.

RESULTADOS: Com a seguinte situação:

� Distância entre o diapasão e a haste fixa: ~100 cm. � Voltagem regulada na fonte e aplicada ao diapasão: 7,5V.

O resultado encontrado foi de: Uma onda com comprimento de ~27 cm.

PENSE PESQUISE E RESPONDA: 1 – Qual a diferença entre onda longitudinal e onda transversal? Onda longitudinal é uma onda que vibra na mesma direção em que se propaga.

Já a onda transversal é aquela em que a direção é perpendicular à direção de propagação.

2 – O que é o nó e o ventre da onda? Nós, ou nodos, são os pontos das ondas onde se cruzam, é neles que acontecem os efeitos destrutivos quando ondas se “chocam”. Ventre, no entanto, é a parte mais externa da onda, onde ocorrem as interferências construtivas. A figura abaixo ilustra melhor este caso.

3 – Que tipo de onda se forma numa estrada de ferro, quando a locomotiva muda bruscamente de velocidade? Esse evento causa uma onda longitudinal na estrada de ferro, pois a onda vibra na mesma direção em que se propaga, como se estivesse se dilatando em alguns pontos e se contraindo em outros.

4 – Que tipo de energia se formam nas molas, nos casos acima? A energia gerada é do tipo ENERGIA POTENCIAL ELÁSTICA. Energia armazenada num sistema massa-mola. 5 – Qual a explicação que você pode dar para o fato de acontecer a ruptura no nó quando há uma ressonância excessiva? Por motivo da ressonância, pode haver uma interferência construtiva, se em excesso, e de acordo com o meio onde ela se propaga, essa interferência construtiva pode vir a ocasionar a ruptura do meio no local onde estava o nó da onda, isso acontece em casos que o meio de propagação não se dilata o suficiente para absorver o aumento da crista da onda devido à ressonância. A imagem a seguir, demonstra o caso onda os nós sofrem pressão devido à ressonância causada.

Abaixo fotos da experiência:

Experiência 28: Medida do comportamento de onda de um laser

� Procedimentos: � O experimento estava previamente montado sobre a mesa; � Ligamos o laser; � Ajustamos a régua, a rede de difração e a lanterna laser de modo a ficarem paralelas

entre si; � Posicionamos o ponto luminoso central para ficar sobre o zero da régua e os outros

dois pontos luminosos para ficarem simétricos entre si; � Medimos a distância entre a rede de difração e a régua (valor de x) e a distância do

centro da régua até um dos pontos máximos (valor dede y); � Em seguida mudamos a posição da rede de difração mais 3 vezes e anotamos os

valores conforme a tabela abaixo; � Calculamos os demais dados da tabela; � A partir dos dados coletados calculamos os outros dados solicitados no exercício; � Anotamos as devidas conclusões. � Resultados:

Medida x y 22 yxr += ( ) rysen =θ θ λ(nm)

1ª 20 cm 11,70 cm 23,1708869 0,504943986 30,32763410 673,2418 2ª 30 cm 17,52 cm 34,7411917 0,504300490 30,28492833 672,3838 3ª 40 cm 23,40 cm 46,3417738 0,504943986 30,32763410 673,2418 4ª 50 cm 29,20 cm 57,9019861 0,504300491 30,28492840 672,3838

Média: 672,8128

Tabela com os resultados da experiência

� Calcule a distância d entre as fendas da rede sabendo que mm1 tem 750 fendas (regra de três), e exprimir o resultado em m .

mm1 → fendas750

d → fenda1

1750 =d

mmd 00133333,0750

1==

md 30000013333,0=

� Calcule o comprimento de onda do laser, usando os resultados do ( )θsen calculado e o d obtido, sabendo que a interferência construtiva se dá em: ( ) λθ msend =⋅ com ...2,1=m indicando, o 1º,2º... máximos, respectivamente

( ) λθ msend =⋅

( )m

send θλ

⋅= →

( )m

sen θλ

⋅=

0000013333,0

1. λ=(0,0000013333 * 0,504943986 )/1 = 0,0000006732418m 2. λ=(0,0000013333 * 0,504300490 )/1 = 0,0000006723838m

3. λ=(0,0000013333 * 0,504943986 )/1 = 0,0000006732418m 4. λ=(0,0000013333 * 0,504300491 )/1 = 0,0000006723838m Média = (0,0000006732418+0,0000006723838+0,0000006732418+0,0000006723838)/4 Média = 0,0000006728128m Ver na tabela acima os resultados na coluna λ(nm) Abaixo fotos da experiência:

Experiência 28.2: As cores dos corpos: Absorção Procedimento: Primeiro verificamos o espectro na parede branca sem o filtro. Com o banco óptico longo já montado, ajustamos à distância da porta lente e o prisma para obter a melhor nitidez da luz na parede branca (sem filtro de luz). Depois colocamos os filtros: vermelho, amarelo, verde e azul. Anotamos os resultados. Resultado:

Sem filtro

Vermelho Laranja Amarelo Verde Azul anil

Azul Violeta

Vermelho X

Amarelo X X X X X X

Verde X X

Azul X X X X X

Conclusão: A luz ao passar por um prisma apresenta um espectro colorido Os corpos refletem e refratam a luz por uma mesma força, exercida variavelmente em variadas circunstâncias. Quando a luz branca incide em um prisma, há a decomposição desta nas cores do arco-íris (contem todos os comprimentos de onda) e a luz monocromática não possui todos os comprimentos da onda (energias diferentes).

Peguntas: 1 - O que acontece com a luz branca ao incidir num corpo verde? Quando um objeto é iluminado com luz branca, ele absorve algumas cores do espectro dessa luz e reflete outras. O observador irá ver luz verde (corpos negros absorvem as cores) [12]. 2 – Porque a parede é branca? Porque contém (reflete) todas as cores. 3 – Do que depende a cor de um corpo? Depende do tipo de luz que ele reflete difusamente.

Fotos:

Foto 1 (sem filtro).

Foto 2 (sem filtro e com o prisma).

Foto 3 (filtro vermelho).

Foto 4 (filtro amarelo).

Foto 5 (filtro azul).

Foto 6 (filtro verde).

Foto 7 (visão na parede branca).

Referências [1] http://pt.wikipedia.org/wiki/Onda#Ondas_transversais_e_longitudinais [2]http://ww2.unime.it/weblab/awardarchivio/ondulatoria/resumo.htm [3]https://fenix.ist.utl.pt/publico/executionCourse.do?sectionID=23254&executionCourseID=45283&method=program [4]http://efisica.if.usp.br/eletricidade/universitario/ondas/ondas_transversais/ [5] http://www.mundocor.com.br/cores/teoria_sistemas.asp [6] http://www.cbo.com.br/pacientes/duvidas/duvidas_olho_humano.htm [7] http://www.chemkeys.com/bra/md/ede_5/eeda_13/oeda_25/oeda_25.htm [8] http://www.ufpa.br/ccen/quimica/absorcao%20molecular.htm [9] www.ciencia.hsw.uol.com.br/laser8.htm [10] http://super.abril.com.br/superarquivo/1988/conteudo_111028.shtml [11] http://www.herbario.com.br/dataherbfotografia06/raioslaser.htm [12] http://www.if.ufrj.br/teaching/luz/cor.html [13] http://pt.wikipedia.org/wiki/Ondas_longitudinais [14] http://pt.wikipedia.org/wiki/Ondas_transversais [15] http://www.ficharionline.com/ExibeConteudo.php5?idconteudo=5466 [16] http://www.terra.com.br/fisicanet/cursos/tipos_de_ondas/index.html [17] http://www.fisica.ucb.br/sites/000/74/00000023.pdf [18] http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0102-47442007000100003&lng=pt&nrm=iso