FÍSICA ONDAS

Colégio Estadual Dom Helder CâmaraFísica - 3º Ano

Prof.(a) Cristiane B. Pinheiro de Oliveira2014

INTRODUÇÃO

São movimentos oscilatórios que se propagam num meio, transportando apenas energia, sem transportar matéria.

NATUREZA DAS ONDAS

• Ondas mecânicas: São aquelas originadas pela deformação de uma região de um meio elástico e que, para se propagarem, necessitam de um meio material. Ex: onda na superfície da água, ondas sonoras, ondas numa corda tensa, etc. As ondas mecânicas não se propagam no vácuo.

Precisa de um Meio Precisa de um Meio Material para propagar –se.Material para propagar –se.

Ex: SomEx: Som

Mais exemplos de:

Som Onda em corda Onda em mola Ondas na água

Precisa de um meio material para se propagarPrecisa de um meio material para se propagar

Ondas MecânicasOndas Mecânicas

NATUREZA DAS ONDAS• Ondas eletromagnéticas: São aquelas originadas por cargas

elétricas oscilantes. Ex: ondas de rádio, ondas de raios X, ondas luminosas, etc. As ondas eletromagnéticas propagam-se no vácuo.

Não precisa de um Não precisa de um Meio Meio MaterialMaterial para se propagar para se propagar

..Ex: LuzEx: Luz

Raios Raios γγ

Ondas de RádioOndas de Rádio

Ondas Ondas EletromagnéticasEletromagnéticas

Não precisam de um meio material para se propagar

Mais exemplos de:

MicroondasMicroondas

Infra-vermelhoInfra-vermelho

Luz VisívelLuz Visível

Ultra-violetaUltra-violeta

Raios XRaios X

Freqüência

Comprimento de Onda

Maior Poder de Penetração

Maior Poder de Contornar Obstáculos

CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS

• Ondas unidimensionais: Quando se propagam numa só direção. Ex.: uma perturbação numa corda.

• Ondas bidimensionais: Quando se propagam ao longo de um plano. Ex.: ondas na superfície da água.

 

• Ondas tridimensionais: Quando se propagam em todas as direções. Ex.: ondas sonoras.

1) UNIDIMENSIONAIS

1) BIDIMENSIONAIS

1) TRIDIMENSIONAIS

CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS

TIPOS DE ONDAS

Onda transversal

•A vibração do meio é perpendicular à direção de propagação. 

Onda longitudinal

•A vibração do meio ocorre na mesma direção que a propagação.

TESTANDO O CONHECIMENTO!

São exemplos de ondas os raios X, os raios gama, as ondas de rádio, as ondas

sonoras e as ondas de luz. Cada um desses cinco tipos de onda difere, de

algum modo, dos demais.

Qual das alternativas apresenta uma afirmação que diferencia corretamente o

tipo de onda referido das demais ondas acima citadas?

a) Raios X são as únicas ondas que não são visíveis.

b) Raios gama são as únicas ondas transversais.

c) Ondas de rádio são as únicas ondas que transportam energia.

d) Ondas sonoras são as únicas ondas longitudinais.

ELEMENTOS DAS ONDAS

•Crista de onda – O ponto mais alto da onda. 

•Vale de onda – O ponto mais baixo da onda. 

•Comprimento de onda: é o tamanho de uma onda, que pode ser medida em três pontos diferentes: de crista a crista, do início ao final de um período ou de vale a vale. É representada no SI pela letra grega lambda (λ)

•Amplitude: é a “altura” da onda, é a distância entre o eixo da onda até a crista. Quanto maior for a amplitude, maior será a quantidade de energia transportada.

CristaCrista CristaCrista

ValeVale ValeVale

NóNó NóNóNóNóNóNóNóNó

AA AA

AA AA

λλ

λλ

λλ

COMPRIMENTO DE ONDA: Distância percorrida durante 1 oscilação completa!

ELEMENTOS DAS ONDAS

ELEMENTOS DAS ONDAS

CARACTERÍSTICAS DAS ONDAS

CARACTERÍSTICAS DAS ONDAS

• Velocidade: todas as ondas possuem uma velocidade, que sempre é determinada pela distância percorrida, sobre o tempo gasto. Nas ondas, essa equação fica:

V = λ .f

TESTANDO O CONHECIMENTO!

1. Uma onda harmônica propaga-se em uma corda longa de densidade constante com velocidade igual a 400 m/s. A figura a seguir mostra, em um dado instante, o perfil da corda ao longo da direção x. Calcule a frequência dessa onda

V = λ .f400 = 0,5 . ff = 400/0,5f = 800 Hz

λ

TESTANDO O CONHECIMENTO!2. A figura representa uma onda periódica que se propaga numa corda com velocidade v = 10 m/s. Determine a frequência dessa onda e a amplitude. 

3. Um conjunto de ondas periódicas transversais , de frequência 20 Hz, propaga-se em uma corda. A distância entre uma crista e um vale adjacente é de 2m. Determine: a) o comprimento de onda; b) a velocidade da onda.

V = λ .f10 = 5 . ff = 10/5f = 2Hz

A = 2m

a) λ = 2+2 = 4m

b) V = λ .fV= 4 . 20 =

80 Hz

TESTANDO O CONHECIMENTO!4. Num tanque pequeno a velocidade de propagação de uma onda é de 0,5 m/s. Sabendo que a frequência do movimento é de 10 Hz, calcule o comprimento da onda.

5. Determine o comprimento de onda de uma estação de rádio que transmite em 1000 kHz. Usar Vs (velocidade do som) = 350m/s.

6. Uma onda se propaga ao longo de uma corda com frequência de 60 Hz, como ilustra a figura. a) Qual a amplitude da onda? b) Qual o valor do comprimento de onda? C) Qual a velocidade de propagação dessa onda?

V = λ .f0,5 = λ.10

λ = 0,5/10λ = 0,05m

Vs = λ .f 340 = λ . 1000000

λ = 340/1000000

λ = 0,00034 m

a) A = 10mb) λ = 15m

c) V = λ .f V = 15. 60

V = 900 m/s

Ondas eletromagnéticasOndas eletromagnéticas - são uma combinação de um campo elétrico e de um campo magnético, que se propagam numa mesma direção porém em planos perpendiculares, através do espaço transportando energia.

Se pudéssemos ver as ondas eletromagnéticas que viajam a nossa volta, aperceber-nos-íamos de que vivemos imersos num mar repleto destas ondas.

As ondas electromagnéticas propagam-se, no vácuo, com a velocidade da luz, ou seja, cerca de 300.000 km/s e na superfície terrestre com uma velocidade muito próxima a esta.

Exemplos:

•Radiação solar

•Comunicações com satélites

Ondas eletromagnéticas

Espectro

Electromagnético

Espectro Electromagnético é classificado normalmente pelo comprimento da onda e frequência, como a radiação gama, os raios X, os raios ultravioleta, a luz visível, a radiação infravermelha, as microondas as ondas de rádio.

Até meados dos século passado o espectro eletromagnético conhecido estendia-se desde o infravermelho até ao ultravioleta, hoje sabemos que é

bem mais vasto, indo dos raios cósmicos até às ondas de rádio.

As radiações gama são as mais energéticas e com menor comprimento de onda. Possuem elevado poder penetrante, podendo mesmo atravessar a Terra de um lado ao outro.

Raios Gama

Um único fotão de raios gama tem energia suficiente para poder ser detectado; o seu comprimento de onda é tão pequeno que se torna extremamente difícil observar o seu comportamento ondulatório.

Fontes desta radiação:A radiação gama provém de substâncias radioativas como o urânio e plutónio.

Aplicações:1- A radiação gama é utilizada no tratamento de tumores cancerígenos, porque destrói às células malignas. O problema está em que se destrói também as células sãs. É preciso muita perícia na sua utilização.

Atualmente, ainda não se sabe o limite de energia que os raios Gama podem conter.

Os raios X foram descobertos pelo físico alemão William Roentgen (1845-1923) em 1895. A descoberta dos raios X, em virtude das suas propriedades espectaculares, teve um impacto extraordinário em todo o mundo civilizado.

Raios X

Propriedades - atravessar materiais de baixa densidade, como por exemplo os nossos músculos, e de serem absorvidos por materiais de densidade mais elevada, como os ossos do nosso corpo.

Aplicações:1 - Devido ao seu poder penetrante, que depende das substâncias onde incidem, são utilizados para examinar, por exemplo, ossos e dentes.

- Radiografias

2 - Os funcionários da segurança dos aeroportos usam os raios X para examinar as bagagens dos passageiros (os objectos metálicos são mais opacos aos raios X, sendo por isso vistos por contraste).

3 - Na industria metalúrgica (na detecção de minúsculos defeitos, fissuras ou inclusões de materiais nas soldaduras metálicas) e nas instituições e empresas que estudam a idade e técnicas, utilizadas nas pinturas antigas e investigam se certas obras são falsas.

Parte importante da luz que o Sol envia para a Terra é luz ultravioleta.

Os raios ultravioleta têm energia suficiente para ionizar os átomos do topo da atmosfera, criando assim a

ionosfera – são muito perigosos para o Homem.

Felizmente o ozonio existente na atmosfera absorve o que poderia constituir feixes letais de ultravioleta.

Raios Ultravioletas A região dos raios ultravioletas

foi descoberta por Johann Wilhelm Ritter (1776-1810).

O olho humano não consegue ver facilmente no ultravioleta porque a córnea absorve-o particularmente para pequenos comprimentos de onda, enquanto

que o cristalino absorve mais fortemente para comprimentos de onda maiores. Alguns animais, como por exemplo as abelhas e os pombos,

reagem aos ultravioletas.

Fontes desta radiação:O Sol, as estrelas e as lâmpadas de mercúrio

Aplicações:1 - Devido ao seu intenso efeito químico, esta radiação produz alterações químicas na pele humana, levando ao seu escurecimento. Uma exposição excessiva à luz ultravioleta pode provocar o câncer da pele.

2 - A grande atividade química das radiações ultravioletas confere-lhes poder bactericida, sendo aproveitado na esterilização de alguns produtos.

Newton foi o primeiro a reconhecer que a luz branca é constituída por todas as cores do espectro visível e que o prisma não cria cores por alterar a luz branca, como se pensou durante séculos, mas sim por

dispersar a luz, separando-a nas suas cores constituintes.

Luz visível

O detetor humano olho-cérebro percepciona o branco como uma vasta mistura de frequências normalmente com energias semelhantes em cada intervalo de frequências. É este o significado da expressão "luz branca" - muitas cores do espectro sem que nenhuma predomine especialmente.

Muitas distribuições diferentes podem parecer brancas uma vez que o olho humano não é capaz de analisar a luz em frequência do mesmo

modo que o ouvido consegue analisar o som.

A cor não é uma propriedade da luz mas sim uma manifestação eletroquímica do sistema sensorial - olhos, nervos, cérebro. Com rigor

dever-se-ia dizer, por exemplo, "a luz que é vista como amarela" e não "luz amarela".

Cor Comprimento de onda (nm) Frequência (1012 Hz)

vermelho 780 - 622 384 - 482

laranja 622 - 597 482 - 503

amarelo 597 - 577 503 - 520

verde 577 - 492 520 - 610

azul 492 - 455 610 - 659

violeta 455 - 390 659 - 769

Raios laser – emite luz visível como as lâmpadas mas com algumas características especiais:

Lâmpada ------ o calor fornece energia aos átomos e estes perdem essa energia de um modo desordenado produzindo uma luz branca.

Laser ------- este processo é diferente – a energia é perdida de um modo ordenado e preciso. Todos os átomos descarregam no mesmo instante emitindo uma radiação bem determinada.

Fontes desta radiação:Qualquer corpo quente é produtor de infravermelhos. ex.: o Sol, os aquecedores eléctricos e carvão em brasa, os ferros eléctricos, os vulcões, todos os animais de sangue quente (ser Humano).

Raios Infravermelhos

Fontes desta radiação:O espaço esta repleto deste tipo de radiação. O Homem também sabe produzir e utilizar estas ondas em eletrodomésticos.

Micro-ondas

Aplicações:1 - Uma vez que os comprimentos de onda capazes de penetrar na atmosfera terrestre variam entre aproximadamente 1 cm e 30 metros, as micro-ondas têm interesse para a comunicação com veículos espaciais, bem como para a rádio astronomia.

2 - Nos fornos de micro-ondas a energia destas ondas aumenta a agitação das moléculas de água que existem nos alimentos (quanto mais água tiver um alimento mais rapidamente ele aquece neste tipo de fornos).

3 - A transmissão de conversas telefónicas e de televisão, a orientação de aviões, estudo da origem do Universo, aberturas de portas de garagem e estudo da superfície do planeta são algumas aplicações das micro-ondas.

Fontes desta radiação:Estas ondas são habitualmente produzidas em circuitos eletrônicos. Também são emitidas por Estrelas e Galáxias.

Ondas de rádio

FONTES

• http://www.oocities.org/br/saladefisica8/ondas/introducao.htm

• http://www.oocities.org/br/saladefisica8/ondas/periodicas.htm

• http://www.oocities.org/br/saladefisica8/ondas/velocidade.htm

• http://www.slideshare.net/PatrciaMontenegro/ondas-electromagneticas-5634300

• http://slideplayer.com.br/slide/1670182/