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13Ondas Mecânicas • Reconhecer movimentos oscilatórios periódicos. • Conhecer as propriedades físicas de uma onda, tais como amplitu- de, comprimento de onda, frequência, período e velocidade de pro- pagação. Objetivos: 2.1 Ondas periódicas São ondas que se repetem de formas padronizadas em intervalos de tempo iguais e sucessivos. Para estudar as propriedades físicas das ondas, vamos analisar uma corda em equilíbrio, Figura 7, conectada em uma fonte geradora de ondas periódicas, Figura 8. UNIDADE 2 PROPRIEDADES FÍSICAS DAS ONDAS Figura 7 - Corda em equilíbrio Fonte: https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-on-a-string/latest/wave-on-a-string_pt_ BR.html Figura 8 - Ondas periódicas 14Ondas Mecânicas A Figura 8 representa a propagação das ondas. Podemos destacar as seguintes propriedades físicas: amplitude, crista, vale, frequência, período, comprimento de onda e velocidade. Amplitude (A) — É o deslocamento vertical máximo para cima ou para baixo de um ponto da corda em relação à sua posição de equilíbrio representada pela linha pontilhada na horizontal. Quanto maior for a amplitude da fonte, mais intensa é energia da onda. Crista (C) — É o ponto mais alto da amplitude, tomando como referência seu ponto de equilíbrio. Vale (V) — É a parte mais baixa da amplitude. Tomando como referência seu ponto de equilíbrio. Frequência (f) — É o número de oscilações por unidade de tempo realizada por um ponto da corda A frequência é uma grandeza pertinente à fonte, portanto, quanto maior a frequência emitida pela fonte maior será a frequência da onda. Período (T) — É o tempo que um ponto da corda leva para executar uma oscilação completa. Período e frequência são grandezas inversamente proporcionais Comprimento de Onda (λ) — É a distância entre duas cristas ou dois vales. É representada também pela distância de uma oscilação completa. Nas ondas longitudinais, o comprimento de onda é a distância entre os centros de duas rarefações ou de duas compressões sucessivas. Velocidade de propagação das ondas (v) — Expressa a rapidez com que uma onda se propaga em um determinado meio. No caso de ondas periódicas que se propaga sem dissipação de energia, sem mudança de meio e sem alterar as condições do meio. A velocidade é constante e pode ser extraída da função horária do espaço S = S0 + vt. Por tratar-se de uma onda, reescrevemos a equação fazendo S = λ; S0 = 0 e t = T, o que nos dá: λ = vT. Lembrando que o período é o inverso da frequência, logo a equação fica da seguinte forma que resulta em v = λf. Chamada de Equação Fundamental da Ondulatória. 15Ondas Mecânicas • Velocidade de propagação de um Pulso em uma corda Como dito anteriormente, a velocidade de uma onda periódica em um meio (sólido, líquido ou gasoso) é constante e independe das propriedades da fonte que a gerou. Dependendo somente do meio de propagação e das condições físicas do meio. Portanto, sua velocidade de propagação só vai alterar se alterarmos o meio ou as condições do meio. Tomamos como exemplo um pulso que se propaga em uma corda fina e em seguida é transmitido à parte mais grossa da corda. Figura 9. Figura 9 - Passagem de uma onda de um meio para outro Fonte: Elaborada pelos autores (2020) A velocidade de propagação do pulso depende apenas da densidade linear da corda (μ) e da força tensora (F) a qual está submetida, conforme determina a expressão de Taylor: Onde é a densidade linear da corda. 16Ondas Mecânicas Da expressão da velocidade, podemos observar uma relação quadrática direta da velocidade e da força tensora, e uma relação inversa quadrática da velocidade e a densidade linear da corda. Como a densidade linear da corda é dada pela massa sobre o comprimento, concluímos que mantendo a força tensora e o comprimento da corda constante, quanto maior for a massa da corda menor será a velocidade de propagação do pulso ao percorrê-la. Como já mencionado, a frequência da onda não se altera ao ser transmitida de um meio para outro, pois, ela não depende do meio e sim da fonte originadora. É importante ressaltar também que no exemplo de propagação do pulso em uma corda, vale a relação v= λ.f, como f é constante, a relação da velocidade e o comprimento de onda são diretamente proporcionais. RESUMO Nesta Unidade, apresentamos o conceito de ondas periódicas e descrevemos sobre suas propriedades físicas: amplitude, comprimento de onda, frequência, período e velocidade de propagação. Expressamos a partir da equação horária do espaço, a equação fundamental da ondulatória. A partir da ilustração (Figura 9) de um pulso propagando-se em uma corda, estudamos que sua velocidade depende apenas da densidade linear da corda e da força tensora que está submetida, conforme determina a expressão de Taylor. 17Ondas Mecânicas REFERÊNCIAS BARRETO FILHO, Benigno; SILVA, Claudio Xavier da. Física Aula por Aula: termologia, óptica, ondulatória. 3. ed. São Paulo: Ftd, 2016. GUIMARÃES, Osvaldo; PIQUEIRA, José Roberto; CARRON, Wilson. Física: física térmica, ondas, óptica. 2. ed. São Paulo: Editora ática, 2016. HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Física: gravitação, ondas e termodinâmica. 8. ed. Rio de Janeiro: Ltc, 2009. RAMALHO JÚNIOR, Francisco; FERRARO, Nicolau Gilberto; SOARES, Paulo Antônio de Toledo. Os Fundamentos da Física: termologia, ópticas e ondas. 9. ed. São Paulo: Moderna, 2007.
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