Fenômenos Ondulatórios Som r1v64

Fenômenos Ondulatórios Prof. Luciano Mentz

O que é importante em um fenômeno ondulatório? Saber com quais tipos de onda ocorrem (Mec., EM, Longit. e Transv.) Quais características físicas são alteradas (v, f, , amplitude...). Situações onde os fenômenos ocorrem.

1. Reflexão Definição: Mudança de direção da onda ao encontrar um obstáculo. Assim como na óptica: ângulo de incidência = ângulo refletido. A reflexão ocorre com todas as ondas e as características físicas são mantidas constantes, exceto a fase que pode variar. Extremidade Fixa

Inverte a fase.

Extremidade Livre

Não inverte a fase.

REFLEXÃO

Na reflexão, a onda mantém suas características.

REFLEXÃO EM CORDAS

Se a extremidade for fixa, a onda inverte sua fase e se a extremidade for livre, ela mantém sua fase

2. Refração Definição: Mudança de velocidade quando ocorre mudança de meio de propagação. Ao mudar a velocidade, o comprimento de onda também se modifica. A frequência da onda NUNCA é alterada. A refração das ondas mecânicas é diferente da refração das ondas eletromagnéticas.

Ondas Mecânicas VSÓLIDO > VLÍQUIDO > VGÁS

Ondas Eletromagnéticas VGÁS > VLÍQUIDO > VSÓLIDO

REFRAÇÃO

Refração de Ondas

Refração de Ondas Fenômeno no qual uma onda, ao incidir numa superfície, muda seu meio de propagação, alterando-se a velocidade e o comprimento de onda, mas mantendo constante a freqüência da onda

REFRAÇÃO NA ÁGUA (PROFUNDIDADES DIFERENTES) FUNDO RASO

REFRAÇÃO EM CORDAS

Onda refletida e refratada estão em fase.

Onda refletida e refratada estão em oposição fase.

LEI DE SNELL

sen i sen r

V1 1   V2 2

A frequência da onda permanece constante na refração

3. Difração: capacidade da onda contornar um obstáculo. Ocorre com todas as ondas e nenhuma característica física é alterada.

Para que ocorra a difração o obstáculo deve ser menor ou do mesmo tamanho que o comprimento de onda da onda incidente. Por esse motivo é raro a difração da luz visível ( ~10-5 m) no dia a dia. A difração do som é bem comum ( 0,02 m a 200 m).

DIFRAÇÃO: Propriedade da onda contornar obstáculos

Condição: abertura deve estar na ordem de grandeza do comprimento de onda

• É o fenômeno pelo qual uma onda pode contornar obstáculos ou fendas. • A difração não altera V , f , T e  • A difração ocorre com qualquer onda desde que seja satisfeita a seguinte condição: •

  d ou  >> d

• Para  << d , não ocorre difração. • d é o tamanho do obstáculo ou a largura da fenda.

Difração em uma fenda  << d

V

d

  d

V

V

 >> d

V

V

V



Não ocorre difração

Ocorre difração

Ocorre difração acentuada

Exemplo de Difração em uma fenda

Fotografia mostrando uma onda, na superfície da água, sofrendo difração

Difração em um obstáculo  << d

  d ou  >> d V

V



V

V

V

d V

Não ocorre difração

V

Ocorre difração

V

4. Interferência

Interferência e difração são os fenômenos que comprovam que a luz é uma onda.

Definição: Quando duas ondas se encontram, ocorre a superposição das mesmas. Após o encontro, cada onda segue sem alterar suas características físicas. Apenas a amplitude das ondas é modificada durante o encontro das ondas.

Interferência de Ondas Interferência construtiva – ondas atingem um ponto P, em concordância de fase

Interferência de Ondas Interferência parcial – ondas atingem um ponto P, em oposição de fase

Interferência de Ondas Interferência destrutiva – ondas atingem um ponto P, em oposição de fase

Interferência Luminosa (experiência deYoung)

5. Polarização

Fenômeno que comprova que a luz é uma onda transversal.

Polarizar uma onda significa orientá-la em uma única direção ou plano. Importantíssimo: A polarização SOMENTE ocorre com ondas TRANSVERSAIS (Todas EM e algumas mecânicas). O som NÃO pode ser polarizado .

POLARIZAÇÃO Fenômeno onde uma onda transversal se move em uma direção preferencial.

Somente as ondas transversais podem ser polarizadas

6. Efeito Doppler Mudança aparente da frequência devido ao movimento da fonte e/ou do observador. Ocorre com todas as ondas, porem é mais comum questões usando o SOM.

Menor frequência = som grave / luz vermelha

Maior frequência = som agudo / luz azul.

EFEITO DOPPLER Quando uma fonte se aproxima ou se afasta de um observador a frequência recebida não será igual a frequência real da fonte.

Observador(VO)

-

+

-

Fonte(VF)

+

v  vo f  f .( ) v  vF ´

f` freqüência aparente (percebida pelo ouvinte) f freqüência real da fonte

v  velocidade do som vo  velocidade do observador vF  velocidade da fonte

Efeito Doppler-Fizeau : fonte parada

Efeito Doppler-Fizeau : fonte em movimento

Efeito Doppler-Fizeau : veloc. = veloc. som

Efeito Doppler-Fizeau : veloc. maior veloc. som

Quebra da barreira do som - Boom Acústico :

Ao se ultraar a barreira do som, é gerada uma onda de pressão sonora de alta intensidade, semelhante ao som de uma grande explosão. Se ocorrer próximo a cidades, pode ocasionar quebra de

Quebra da barreira do som - Boom Acústico :

Quebra da barreira do som - Boom Acústico :

7. Ressonância Todos os corpos possuem uma frequência natural de vibração. Quando uma fonte externa coincide com essa frequência, a amplitude do sistema aumenta.

O fenômeno de ressonância ocorre com todas as ondas Ex: Funcionamento do Microondas (somente aquece água); Vibrações em ônibus / carros antigos; Diapasão (para afinar instrumentos musicais)

RESSONÂNCIA Quando um objeto se encontra próximo de uma fonte de ondas que vibra com a mesma frequência natural de vibração deste objeto, ela a a transmitir energia para ele, aumentando a amplitude de vibração de suas moléculas.

Simulação computacional do efeito do vento na estrutura de uma ponte.

Efeito do vento em na estrutura de uma ponte incorretamente projetada.

Ponte de Tacoma (1940)

Dispersão

LUZ: DUALIDADE ONDA-PARTÍCULA

Hipótese de partícula (Newton): pequenas esferas se movendo a altas velocidades. “Prova”: formação de sombra de objetos. Hipótese de onda (Hygens): a luz vibra o meio Prova: experiência de young - franjas

EFEITO FOTOELÉTRICO