Fenômenos Ondulatórios – Prof. Caio Gomes

1. polarização de Ondas.

Considere uma onda transversal se

propagando numa corda, na qual as

direções de oscilação são totalmente

aleatórias. Após a passagem da onda

pela fenda, a direção de oscilação passa

a ser a mesma direção da fenda. Dizemos

que a onda foi polarizada.

A luz emitida pelo sol e lâmpadas fluorescentes, por exemplo, possui vários planos de oscilação de

suas ondas eletromagnéticas, ou seja, seus feixes de luz são compostos por várias ondas

eletromagnéticas se propagando de maneira independente. Na figura abaixo observamos apenas

a oscilação dos campos

elétricos das ondas

eletromagnéticas. Ao

atravessar o filtro polarizador,

apenas a componente vertical

dos campos elétricos é

transmitida. O polarizador ao

lado pode ser constituído por

cristal líquido (o mesmo das

telas de lcd), por exemplo.

Polarização de Ondas

Uma onda é polarizada quando todos os pontos do meio vibram na

mesma direção.

Apenas as ondas transversais podem ser polarizadas, sejam elas de

natureza mecânica ou eletromagnética.

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2. Polarização por reflexão

Quando luz não polarizada incide em um dióptro,

dependendo do ângulo de incidência e da relação

entre os índices de refração dos meios, a luz refletida

pode ser polarizada parcialmente ou totalmente.

No exemplo ao lado, a luz incidente não é

polarizada, possuindo uma direção de oscilação

paralela a superfície e outra perpendicular a esta. A

luz refletida possui apenas um plano de oscilação

para seus campos elétricos, que é paralelo a

superfície, ou seja, a luz refletida é polarizada.

As fotos foram tiradas sem e com filtro polarizador. Na foto da direita, parte da luz refletida pela superfície da água, polarizada, não passa pelo filtro.

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1. Difração A figura de número 1 mostra a imagem, de um ponto de vista superior, de um tanque cheio de água, onde temos frentes de ondas planas, incidindo em um obstáculo com uma fenda. A figura 2 representa, de maneira esquematizada, a mesma situação.

Após passar pelo orifício, a parte da onda que não foi interrompida, muda sua direção de propagação. Esse fenômeno é chamado de difração.

Figura 1 Figura 2

Difração: propriedade que a onda possui de contornar

obstáculos.

Difração de ondas

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2. Difração através de um orifício

Nos diagramas ao lado, notamos que a difração se acentua quando a largura da fenda é diminuída (Casos A e B). Quando comparamos os casos A e C, a largura da fenda é a mesma, ao passo que, o comprimento de onda λ2 é maior que λ1. Percebemos que a difração é acentuada quando aumentamos o comprimento de onda.

3. Difração da Luz

A porção visível do espectro eletromagnético compreende, de maneira aproximada,

comprimentos de ondas entre 380 x 10−9m e

740 x 10−9m. Essas dimensões são desprezíveis quando comparadas aos tamanhos presentes em nosso cotidiano. Quando as dimensões do obstáculo são muito maiores que o comprimento de onda incidente, não ocorre difração.

Ondas difratando numa fenda.

Ondas difratando em um obstáculo

É possível aumentar a intensidade da difração reduzindo o tamanho da fenda/obstáculo

ou aumentando o comprimento de onda.

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Dessa maneira, a luz não contornaria um obstáculo cúbico de aresta 1 m, por exemplo, e teríamos uma região que não é iluminada, ou seja, uma região de sombra. Se o tamanho do obstáculo ou da fenda forem reduzidos o suficiente, ocorrerá a difração:

O fenômeno da difração será mais nítido quando as dimensões, da abertura ou obstáculo,

tiverem mesma ordem de grandeza do comprimento de onda.

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1. Princípio da Superposição

Na figura 1, temos dois pulsos transversais que se propagam em concordância de fase. Quando os dois pulsos se encontram, no ponto P, seus efeitos se superpõem e a amplitude do pulso resultante será igual à soma algébrica dos pulsos originais (a = a1 + a2). Neste caso temos uma interferência do tipo construtiva. Já na figura 2, os pulsos se propagam em oposição de fase e, no ponto P, a superposição dos seus efeitos resulta em um pulso de amplitude a = a1 – a2. A interferência será parcialmente destrutiva. .

Interferência

Figura 1

Figura 2

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Se os pulsos se propagarem em

oposição de fase, e com mesma

amplitude (a1 = a2), no ponto P ocorrerá

interferência totalmente destrutiva.

Além disso, notamos que a propagação

das ondas ocorre de forma

independente, pois, após a interferência,

as ondas voltam a se propagar como

antes.

O fenômeno de interferência ocorre

com ondas de mesma natureza

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1. Frequência natural

Para pequenos ângulos, a frequência de oscilação de um pêndulo

é dada pela relação:

𝑓 = 1

𝑇=

1

2𝜋√

𝑔

𝑙

Podemos dizer que f é a frequência natural de do sistema.

Em um sistema massa-mola, a frequência natural de oscilação é calculada por:

𝑓 = 1

𝑇=

1

2𝜋√

𝑘

𝑚

Já uma corda vibrante pode ter mais de um modo de vibração. Na figura mostramos os três

primeiros, relacionados às frequências f1, f2 e f3 .

Ressonância

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2. Ressonância

Suponhamos que uma fonte externa passe a perturbar o pêndulo, com uma frequência igual a sua

frequência natural. Se desprezarmos qualquer perda de energia, a amplitude de oscilação do

pêndulo irá aumentar, pois a fonte está fornecendo a energia ao sistema. Neste caso, o sistema

estará em ressonância com a fonte.

Se em balanço de brinquedo, um pai, fonte de perturbações, empurra uma criança com a mesma

frequência natural de oscilação do sistema, o balanço terá sua amplitude aumentada, ou seja, a

criança atingirá alturas cada vez maiores.

No ano de 1940, a ponte de Tacoma Narrows, nos Estados Unidos, entrou em ressonância com os

ventos incidentes. O resultado foi catastrófico:

O vídeo está disponível no endereço: https://www.youtube.com/watch?v=j-zczJXSxnw

Ocorre ressonância quando a frequência

de oscilações da fonte coincide com a

frequência natural do sistema

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Ainda podemos citar o funcionamento do forno de micro-ondas, no qual as moléculas de água

que compõem o alimento entram em ressonância com a frequência da radiação emitida pelo

aparelho. Dessa maneira, a maior agitação das moléculas de água proporciona aumento da

temperatura do alimento.