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Física 2º ano ensino médio ondulatória equação de onda e princípio de superposição, reflexão, refração, interferência e de fração

Aula de Física 2º ano Ensino Médio

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Física 2º ano ensino médio ondulatória equação de onda e princípio de superposição, reflexão, refração, interferência e de fração

  1. 1. Ciências da Natureza e suas Tecnologias - FÍSICA Ensino Médio, 2ª Série ONDULATÓRIA
  2. 2. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória APRESENTAÇÃO No estudo dos movimentos oscilatórios, estão fundamentados alguns dos maiores avanços para a ciência, como a primeira medição com precisão da aceleração da gravidade, a comprovação científica da rotação da Terra, além de inúmeros benefícios tecnológicos, como a invenção dos primeiros relógios mecânicos (1).
  3. 3. ONDA É uma perturbação que se propaga em um meio, determinando a transferência de energia, sem transporte de matéria. Em relação à direção de propagação da energia nos meios materiais elásticos, as ondas são classificadas em (2):  Unidimensionais  Bidimensionais  Tridimensionais FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
  4. 4. NATUREZA DAS ONDAS 1. Ondas mecânicas: são aquelas originadas pela deformação de uma região de um meio elástico e, para se propagarem, necessitam de um meio material. Elas não se propagam no vácuo. O som, ondas numa corda, ondas na superfície de um lago são exemplos de ondas mecânicas (3). FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
  5. 5. 2. Ondas eletromagnéticas: são aquelas originadas por cargas elétricas oscilantes. Propagam-se no vácuo e em certos meios materiais. Luz, ondas de rádio, micro-ondas, raios X e raios γ são exemplos de ondas eletromagnéticas (4). FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
  6. 6. Tipos de onda 1. Ondas transversais: são aquelas em que a direção de propagação é perpendicular à direção de vibração. 2. Ondas longitudinais: são aquelas em que a direção de propagação coincide com a direção de vibração. 3. Ondas mistas: são aquelas em que as partículas do meio vibram transversal e longitudinalmente ao mesmo tempo (5). FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
  7. 7. Componentes de uma onda Uma onda é formada por alguns componentes básicos que são (6): FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Imagem: Kraaiennest / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Tradução Nossa. elevação comprimento de onda amplitude crista vala
  8. 8. COMPRIMENTO DE ONDA É denominado comprimento da onda e expresso pela letra grega lambda (λ), a distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos (7). FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Imagem: Kraaiennest / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Tradução Nossa. elevação comprimento de onda amplitude crista vala
  9. 9. Para o estudo de ondas bidimensionais e tridimensionais, são necessários os conceitos de: 1. Frente de onda: é a fronteira da região ainda não atingida pela onda com a região já atingida (8). FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
  10. 10. 2. Raio de onda: é possível definir como raio de onda a linha que parte da fonte e é perpendicular às frentes de onda, indicando a direção e o sentido de propagação. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Texto extraído do site:http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Ondas/classificacao2.php Frente da onda Fonte Raio da onda Imagem: Fffred / Public Domain.
  11. 11. Princípio de Huygens Estabelece que, num movimento ondulatório progressivo, cada ponto de uma frente de onda se comporta como centro emissor de novas ondas com igual período. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
  12. 12. Propagação de um pulso em meios unidimensionais     Considere  uma  corda  homogênea,  de  seção  transversal constante, de massa m e comprimento L.  Chama-se  densidade  linear  de  massa  a  grandeza    que é dada por:   A  densidade  linear  de  massa  representa  a  massa  da  corda  por  unidade  de  comprimento.  Sua  unidade no SI é o Kg/m. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória L m =µ
  13. 13. A velocidade de propagação do pulso na corda depende apenas da força de tração (T) e da densidade linear da corda, sendo dada por: FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória µ T v =
  14. 14. Reflexão de pulsos   Quando um pulso atinge a extremidade  de  uma  corda,  verifica-se  que  ele  retorna,  propagando-se  de  volta  para  a  fonte.  Esse  fenômeno  é  denominado  reflexão de um pulso e ocorre quer a extremidade da corda  esteja fixa ou livre (9).  FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
  15. 15. Em extremidade fixa, ocorre reflexão com inversão de fase. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Imagem: Katieanddanielle / GNU Free Documentation License. Tradução Nossa. somente ondas transversas invertida onda refletida crista - vala onda incidente Limite fixo (sem movimento no fim)
  16. 16. Em extremidade livre, ocorre reflexão sem inversão de fase. FÍSICA, 2ºAno do Ensino Médio Ondulatória Imagem: Katieanddanielle / GNU Free Documentation License. Tradução Nossa.  somente ondas transversas invertida onda refletida crista - vala onda incidente Limite fixo (sem movimento no fim)
  17. 17. Refração de pulsos   Considere agora um sistema formado por duas  cordas  com  densidades  lineares  diferentes.  Uma  extremidade  desse  sistema  é  fixa  e,  na  outra,  faz-se  um movimento brusco, originando um pulso. Quando o  pulso atinge a junção das cordas, observa-se que ele é  transmitido de uma corda para outra.  FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
  18. 18. Esse fenômeno chama-se  refração do pulso. Ao mesmo  tempo,  observa-se  que  um  pulso  refletido  aparece  na  junção,  movimentando-se em sentido oposto ao pulso incidente.     Da figura acima, podemos observar que  o pulso refratado não sofre inversão de fase. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de  ilustração de Autor Desconhecido.
  19. 19. Relação entre a velocidade de propagação da onda, o comprimento da onda e o período: ou FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória fv .λ= T v λ =
  20. 20. Reflexão de ondas   Na reflexão de ondas, o ângulo de reflexão  r é igual ao  ângulo  de  incidência  i e  na  frequência,  a  velocidade  de  propagação e o comprimento de onda não variam.  FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de  ilustração de Autor Desconhecido.
  21. 21. Refração de ondas É o fenômeno no qual uma onda, ao incidir numa superfície, muda seu meio de propagação, alterando- se a velocidade e o comprimento de onda, mas se mantendo constante a frequência da onda (10). FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
  22. 22. Sendo 1 o meio de incidência e 2 o meio de emergência: FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória 2 1 2 1 2 1 )( )( λ λ == v v isen isen Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de  ilustração de Autor Desconhecido.
  23. 23. Difração   É o fenômeno pelo qual as ondas conseguem contornar  obstáculos. É tanto mais acentuado quanto maior o comprimento  de  onda.  Por  isso,  a  difração  sonora  é  mais  acentuada  e  mais  facilmente perceptível que a difração luminosa (11). FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de  ilustração de Autor Desconhecido.
  24. 24. Polarização   A  polarização  é  um  fenômeno  ondulatório  característico das ondas transversais como as ondas  luminosas.  Por  esse  fenômeno,  a  luz  natural,  cujas  ondas  vibram  em  todas  as  direções,  pode  ser  transformada  numa  onda  plano-polarizada,  na  qual  as  ondas  apresentam  um  único  plano  de  vibração  (12). FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
  25. 25. Vejamos a seguinte situação de polarização de uma onda: FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor  Desconhecido.
  26. 26. Princípio da superposição A perturbação da onda resultante em cada  ponto  do  meio,  durante  a  superposição,  é  a  adição das perturbações que seriam causadas  pelas ondas separadamente. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
  27. 27. Interferência   É o fenômeno resultante da superposição de duas ou  mais  ondas. Onda estacionária   Figura  de  interferência  determinada  pela  superposição  de  ondas  de  mesma  frequência  f,  mesmo  comprimento  de  onda λ e mesma amplitude a que se propagam em sentidos  opostos num mesmo meio. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
  28. 28. Por exemplo, a onda estacionária pode ser  obtida  numa  corda  tensa,  pela  superposição  das  ondas  incidentes  e  refletidas  numa  extremidade fixa.  FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de  Autor Desconhecido.
  29. 29. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória 2 21 λ =NN 2 21 λ =VV 4 11 λ =NV Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor  Desconhecido.
  30. 30. Onde: • V (ventres): pontos da corda que oscilam com  amplitude máxima (A = 2a). • N (nós ou nodos): pontos da corda que não  vibram. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
  31. 31. Interferência em duas dimensões   Considere duas fontes F1 e F2 produzindo ondas  com frequência e amplitude iguais e em fase.     ∆ = x2 - x1: diferença entre os caminhos percorridos  pelas ondas que se superpõem em P. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Imagem: SEE-PE, redesenhado a  partir de ilustração de Autor  Desconhecido.
  32. 32. Ondas em fase:   • interferência construtiva • interferência destrutiva FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória 2 λ p=∆ 2 λ i=∆ (i : número ímpar) (p : número par)
  33. 33. Ondas em oposição de fase:   • interferência construtiva      • interferência destrutiva FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória 2 λ p=∆ 2 λ i=∆ (i : número ímpar) (p : número par)
  34. 34. Interferência em ondas luminosas Experiência de Young (interferência de ondas luminosas em fase) A interferência de ondas luminosas demonstrando que a luz é um fenômeno ondulatório foi comprovada por Thomas Young. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória L dy =∆ Imagem:SEE-PE,redesenhadoapartirde ilustraçãodeAutorDesconhecido.
  35. 35. • Franja clara: interferência construtiva • Franja escura: interferência destrutiva FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória 2 λ p=∆ 2 λ i=∆ (i : número ímpar) (p : número par)
  36. 36. Anéis de Newton (interferência numa lâmina de ar de espessura variável) Newton obteve experimentalmente uma figura de interferência numa lâmina de ar de espessura variável que se tornou conhecida como anéis de Newton. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Imagem: Björn Nordberg / GNU Free Documentation License. Tradução Nossa. ponto de contato lente plano-convexa
  37. 37. Anéis de Newton observados por luz refletida Anéis de Newton observados por luz transmitida FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória Anéis de Newton observados por luz refletida Anéis de Newton observados por luz refletida Imagens (de cima para baixo): [a] Winnie Summer / GNU Free Documentation License; [b] Warrencarpani / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication.
  38. 38. Vamos praticar? Agora é a sua vez! 01. Isoldinha brinca produzindo ondas ao bater com uma varinha na superfície de um lago. A varinha toca a água a cada 5 segundos. Se Isoldinha passar a bater a varinha na água a cada 3 segundos, as ondas produzidas terão maior a) comprimento de onda. b) frequência. c) período. d) velocidade. FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
  39. 39. 02. Em locais baixos como num vale, captam-se mal sinais de TV e de telefone celular, que são sinais de frequência alta, mas captam-se bem sinais de rádio de frequência baixa. Os sinais de rádio de frequência baixa são melhor captados porque ————— mais facilmente. a) refletem b) refratam c) difratam d) polarizam e) reverberam FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
  40. 40. Sugestão de leitura “Escalas musicais imitam a fala humana” de Reinaldo José Lopes. Disponível em http://www1.folha.uol.com.br/folhaciencia/ul t306u9844.shtml (Acesso em 31 de março de 2010). FÍSICA, 2º Ano do Ensino Médio Ondulatória
  41. 41. Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso 7 e 8 Kraaiennest / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sine_w ave_amplitude.svg 27/03/2012 10 Fffred / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Spheric al_wave.svg 27/03/2012 15 Katieanddanielle / GNU Free Documentation License. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Inverte d_Reflection.PNG 27/03/2012 16 Katieanddanielle / GNU Free Documentation License. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Erect_R eflection.PNG 27/03/2012 18, 20, 22, 23, 25, 28, 29, 31 e 34. SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido. Acervo SEE-PE 03/04/2012 36 Björn Nordberg / GNU Free Documentation License. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Newton ringar1.png 27/03/2012 37a Winnie Summer / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Newton -rings.jpg 27/03/2012 37b Warrencarpani / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication http://commons.wikimedia.org/wiki/File:20cm_A ir_1.jpg 02/04/2012 Tabela de Imagens

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  • gelsoalves1

    Jun. 4, 2017
  • NelsonSimoPereiraJun

    Oct. 11, 2017
  • Beezitanharocha

    Feb. 21, 2019
  • SamukaAbreu

    Aug. 12, 2019

Aula de Física 2º ano Ensino Médio

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