SINAIS

Um sinal é uma perturbação, ou seja, uma alteração de uma propriedade

física.

Um sinal mecânico é a alteração de uma propriedade física de um meio

material (posição, densidade, pressão, etc.), enquanto um sinal

eletromagnético corresponde a propriedades (campos elétrico e

magnético) não associados necessariamente a um meio material.

COMUNICAÇÃO

Qualquer que seja o modo de comunicar há sempre o envio de um sinal codificado por um emissor, que depois é recebido por um recetor. Para a comunicação ter êxito, o recetor tem de conhecer o código da mensagem.

Numa grande parte das situações, o sinal enviado comporta-se como uma onda.

As ondas podem ser mecânicas ou eletromagnéticas. As ondas mecânicas necessitam de um meio material para se propagarem. As ondas eletromagnéticas não necessitam de um material para se propagarem.

ONDAS MECÂNICAS

Todas as partículas de um dado meio material interatuam com as partículas vizinhas. Portanto, se uma dada perturbação colocar uma partícula a oscilar, devido à interação entre as partículas, esta perturbação propaga-se, com uma certa velocidade, em todos os sentidos. Numa onda, dado que as partículas oscilam em torno de uma posição de equilíbrio, não há transporte de matéria, porém, há transporte de energia.

Quando se origina uma oscilação brusca na extremidade de uma corda esticada, gera-se um sinal de curta duração (pulso) que se propaga ao longo da corda, como mostra a figura:

A oscilação propaga-se através da corda, isto é, devido à elasticidade do meio a energia vai sendo comunicada aos sucessivos pontos. Há, portanto, transporte de Energia. Contudo um dado ponto, P, permanece sempre na mesma posição horizontal, pelo que, não há transporte de matéria.

Uma onda associada a um só pulso designa-se onda solitária. Se o sinal for de longa duração, uma sequência de pulsos, a onda diz-se persistente.

Consoante a direção da oscilação das partículas, as ondas podem ser transversais ou longitudinais.

Numa onda transversal, as partículas oscilam perpendicularmente à direção de propagação da onda.

Onda persistente

Direção do movimento

das partículas

Direção/sentido de propagação

Onda solitária

Numa onda longitudinal, as partículas oscilam paralelamente à direção de propagação da onda.

VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DE UMA ONDA

No caso de uma onda solitária observa-se uma situação semelhante à da figura:

Sendo o módulo da velocidade de propagação dado pela expressão:

t

sv

A velocidade de propagação de uma onda mecânica depende das caraterísticas do meio em que a propagação ocorre e do facto de ser transversal ou longitudinal.

s

Perfil da onda no instante t2 = t1+Δt

Perfil da onda no instante t1

Direção do movimento das partículas Direção/sentido de propagação

ONDA PERIÓDICA

Uma onda periódica resulta da propagação de pulsos iguais, emitidos em intervalos de tempo iguais.

Uma onda periódica é, pois, uma onda persistente, cujas caraterísticas se repetem no tempo e no espaço.

CARATERÍSTICAS DAS ONDAS PERIÓDICAS

As caraterísticas destas ondas são:

Período (T)

Comprimento de onda (λ).

Amplitude (A).

Frequência (f).

Velocidade (v).

A periodicidade no tempo de uma onda é caraterizada pelo período.

O período, T, é o intervalo decorrido entre dois pulsos consecutivos.

A unidade SI de período é o segundo (s).

A periodicidade no espaço de uma onda é caraterizada pelo comprimento

de onda.

O comprimento de onda, λ, é a distância a que se propaga a onda num

período.

A unidade SI de comprimento de onda é o metro (m).

AMPLITUDE

A amplitude, A, corresponde à distância entre a posição de equilíbrio e o

ponto de vibração máxima (ou mínima) atingida pela onda (ver figuras

anteriores). A sua unidade SI é o metro (m).

FREQUÊNCIA

A frequência, f, corresponde ao número de oscilações que ocorrem por

unidade de tempo. A sua unidade SI é o s-1 ou Hz.

Tf

1

(Hz) frequência - f

T – período (s)

y

VELOCIDADE

A velocidade, v, é a distância percorrida pela onda por unidade de tempo. A sua unidade SI é o m/s.

Tv

(m) onda de ocompriment -

T – período (s)

Relativamente às caraterísticas das ondas verifica-se:

O período e a frequência de uma onda só dependem do período de oscilação da fonte emissora.

O comprimento de onda e a amplitude dependem da fonte emissora e do meio de propagação.

SINAL HARMÓNICO E ONDA HARMÓNICO

Se a oscilação do emissor for descrita por uma função seno ou cosseno, produz-se um sinal harmónico ou sinusoidal cuja propagação gera uma onda sinusoidal.

Neste caso, o afastamento da posição da fonte emissora (elongação) em

relação à posição de equilíbrio pode ser descrito pela função:

) sin( tAy

A A

A

T

t

y

Sinal harmónico

y – elongação (m)

A – amplitude (m)

t – tempo (s)

ω – velocidade angular (rad/s) Sendo:

f 2 ou T

2

A maior parte das ondas correspondem a sinais não harmónicos.

A intensidade de uma onda (energia transferida por unidade de tempo e por unidade de área perpendicular à direção de propagação) é função crescente da amplitude e da frequência.

Para ondas harmónicas:

Com a mesma frequência, a de maior amplitude tem maior intensidade.

Com a mesma amplitude, a de maior frequência tem maior intensidade.

y Sinal não harmónico