04 - Material de Apoio - Ondulatória definições leis e fenômenos

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO PARÁ
CAMPUS PARAUAPEBAS
Professor: Sebastião Rodrigues Moura
DISCIPLINA: Física II
CURSO: Técnico em Mecânica Integrado ao Ensino Médio – P2082ID
Parauapebas - PA
01 de outubro de 2020
ONDULATÓRIA: definições, leis e fenômenos
Objetivos de Aprendizagem
Ao final da aula, você deverá ser capaz de:
✓ Interpretar conceitos fundamentais que regem a Ondulatória;
✓ Identificar os elementos de uma onda;
✓ Caracterizar e diferir os principais tipos de ondas;
✓ Fazer aplicações dos fenômenos ondulatórios em situações-
problemas.
Ondulatória2
Conteúdos Programáticos
✓ Ondulatória: conceitos introdutórios
✓ Ondas
Conceitos
Classificação e propriedades
Ondas periódicas
Aplicações
✓ Fenômenos ondulatórios
Definições e classificação
Aplicações
✓ Síntese da aula
✓ Exercícios
3 Ondulatória
Refletindo sobre a temática...
Conseguimos ouvir todos os sons e ver todas as luzes
emitidas pela natureza?
Ondulatória4
Refletindo sobre a temática...
Por que os
morcegos
são exímios
caçadores e
os elefantes
são
capazes de
detectar
terremotos
antes
mesmo de
humanos?
Ondulatória5
Fonte: R7
Refletindo sobre a temática...
Por que durante uma pescaria não devemos lançar um
arpão exatamente onde enxergamos o peixe?
Ondulatória6
Refletindo sobre a temática...
É possível quebrar uma taça no grito?
Ondulatória7
Ondulatória
Ondulatória8
É a ciência que estuda...
• as ondas como uma 
perturbação oscilante;
• as propriedades e as 
características dos 
fenômenos ondulatórios;
Fonte: Brasil Escola
Ondulatória
A onda é somente
energia, pois ela só faz a
transferência de energia
cinética da fonte para o
meio.
Ondulatória9
Exemplo de “criação” de ondas:
Uma pedra jogada em uma piscina (a fonte), provocará ondas na
água, pois houve uma perturbação.
Im
a
g
e
m
: 
R
a
in
e
r 
Z
e
n
z
 /
 G
N
U
 F
re
e
 D
o
c
u
m
e
n
ta
ti
o
n
 
L
ic
e
n
s
e
.
Ondulatória
Ondulatória10
Vamos supor que uma pessoa segure uma das extremidades de
uma corda e que essa pessoa passe a fazer movimentos para cima
e para baixo com a sua mão.
Fonte: CK-12 Foundation / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
Definição de onda
Ondulatória11
É uma propagação de energia em uma região do espaço, através
de uma perturbação.
Classificação das ondas
Ondulatória12
Quanto à natureza 
das ondas
Mecânica
Precisa de um meio 
material 
para se propagar
Eletromagnética
Não precisa de um 
meio 
material para se 
propagar
Ondas Mecânicas
Ondulatória13
Ondas Mecânicas
Ondulatória14
Por que não ouvimos as explosões e as
tempestades solares diariamente?
Fonte: Biologia Total
Ondas Eletromagnéticas
Ondulatória15
Espectro Eletromagnético
Classificação das ondas
Ondulatória16
Quanto à direção de 
vibração das ondas
Longitudinal
A direção de 
vibração coincide 
com a direção de 
propagação
Transversal
A direção de vibração é 
perpendicular à 
direção de propagação
Onda Longitudinal
Ondulatória17 Fonte: Biologia Total
Onda Transversal
Ondulatória18
F
o
n
te
: 
 I
n
fo
e
s
c
o
la
IMPORTANTE:
Todas as ondas
eletromagnéticas são
também ondas
transversais, mas nem
todas as ondas
transversais são
eletromagnéticas.
Classificação das ondas
Ondulatória19
Quanto à dimensão das ondas
Ondas Unidimensionais
Ondas Bidimensionais Ondas Tridimensionais
Ondas Periódicas
Ondulatória20
Denominam-se ondas periódicas as ondas geradas por fontes que
executam oscilações periódicas, ou seja, que se repetem em
intervalos de tempos iguais.
Elementos de uma Onda
vale vale
crista cristaλ
λ
crista
vale
Período (T)
Ondulatória21
É o intervalo de tempo que é necessário para que um ponto vibrante
percorrer um ciclo completo.
- SI: é medido em segundos (s).
PERÍODO
ALTERNAÇÃO
POSITIVA
AMPLITUDE
ALTERNAÇÃO
NEGATIVA
EIXO
TEMPO
UM SEGUNDO
Frequência (f)
Ondulatória22
É o número de ciclos feitos por um ponto vibrante na unidade de
tempo.
- SI: medida em 𝒔−𝟏 ou Hertz (1Hz = 1 rps = 1𝒔−𝟏)
1 2 3
Relação entre T e f
Ondulatória23
𝒇 =
𝟏
𝑻
ou 𝑻 =
𝟏
𝒇
f (Hz): Frequência medida em Hertz
T(s): Período medido em segundo
Uma revolução ou execução por segundo corresponde assim a 1 
Hertz.
1 rpm = 1 rotação por minuto é igual a 1/60s.
Amplitude (A)
Ondulatória24
É a distância de uma crista ou um vale ao nível de equilíbrio.
Amplitude Amplitude
Amplitude
y
0
x
Intensidade do som (I)
Ondulatória25
- Está relacionada com a amplitude da onda sonora.
- Quanto maior a amplitude da onda sonora, maior a intensidade do
som.
A
A
A’
t
SOM FORTE
SOM FRACO
Alta e baixa frequência
Ondulatória26
- O som alto ou agudo corresponde a uma maior frequência ao
contrário de som baixo ou grave.
Frequência baixa – som grave
Frequência alta – som agudo
Comprimento-de-onda (λ)
Ondulatória27
É a distância que a perturbação percorre durante um período. Ou
seja, a distância entre duas cristas (ou dois vales) consecutivos).
𝜆
𝜆
Velocidade de uma onda (v)
Ondulatória28
É a rapidez da propagação de uma onda.
- A velocidade de uma onda pode, portanto, ser calculada com a
seguinte fórmula:
𝑉 =
Δ𝑆
Δ𝑡
𝑉 =
𝜆
𝑇
v = velocidade da onda
ΔS = distância percorrida
Δt = intervalo de tempo
λ = comprimento de uma 
onda sonora ou onda 
electromagnética
T = período da onda
Velocidade de uma onda (v)
Ondulatória29
Relação entre T e f com a velocidade:
𝑉 = 𝜆. 𝑓
𝑣 =
𝜆
𝑇
𝑣 =
𝜆
1
𝑓
= λ.
𝑓
1
Sabendo que 𝑇 =
1
𝑓
Exemplos de ondas periódicas
Ondulatória30
Comprimento de
Onda grande
Amplitude
A1
Amplitude
A2
Amplitude
A3
Frequência
baixa
Frequência
alta
Frequência
alta
V1
V2
V2
λ2
λ1
λ1 > λ2 , V1<v2 A1>A2
Algumas curiosidades
Ondulatória31
- Depois que a onda é emitida, seu período e sua
frequência não mudam mais;
- A velocidade de uma onda só depende do meio onde ela
está se propagando;
- A luz é mais rápida em meios menos densos, já o som
propaga-se mais rapidamente em meios mais densos.
Fenômenos Ondulatórios
Ondulatória32
Uma onda, durante a sua propagação, pode sofrer alguns
fenômenos, dentre eles:
a) REFLEXÃO;
b) REFRAÇÃO;
c) DIFRAÇÃO;
d) INTERFERÊNCIA;
e) RESSONÂNCIA;
f) POLARIZAÇÃO.
Reflexão
Ondulatória33
As ondas quando atingem uma superfície e retornam ao meio de
origem, sofrem reflexão.
î
r̂
= r̂î
Reflexão
Ondulatória34
Morcegos e Radares
Reflexão
Ondulatória35
Ondas em uma corda (extremidade livre e fixa)
Refração
Ondulatória36
Fenômeno em que ondas passam de um meio para outro, alterando
sua direção, sua velocidade e seu comprimento de onda.
λ1
λ2
v1
v2
meio 1
meio 2
î
r̂
IMPORTANTE: A frequência NÃO se 
altera ao passar de um meio para o outro.
Difração
Ondulatória37
Contorno feito pela onda ao passar por um obstáculo ou por uma
fenda.
Não ocorre difração quando o comprimento de onda é muito maior que a largura da fenda.
Difração
Ondulatória38
Difração
Ondulatória39
Para que uma onda possa sofrer difração, o comprimento de onda
da onda tem que ser próximo ou igual ao tamanho do obstáculo ou
fenda.
λ ≈ h
Interferência
Ondulatória40
Ocorre quando duas ondas que se propagam em sentidos opostos
no mesmo meio, se encontram.
a) Construtiva:
𝐴𝑅 = 𝐴1+ 𝐴2
Interferência
Ondulatória41
Interferência Construtiva:
Interferência
Ondulatória42
b) Destrutiva:
𝐴𝑅 = 𝐴1- 𝐴2
Interferência
Ondulatória43
Interferência Bidimensional
Ressonância
Ondulatória44
Ocorre quando um sistema físico recebe energia de um outro por
meio de frequência igual a uma de suas frequências naturais de
vibração, fazendo com que o sistema passe a vibrar com amplitudes
cada vez maiores.
Ressonância
Ondulatória45
Num trampolim, quanto mais
pulamos, mais provocamos aumento
de amplitude, até que este atinja uma
frequênciaapropriada.
As cordas do violão ao vibrarem
entram em ressonância com o ar
contido na “caixa” que vibra com a
mesma frequência das cordas,
ampliando o som.
Ressonância
Ondulatória46
Um copo fino de cristal pode ser
quebrar se entrar em ressonância
com a frequência da voz de um
cantor, por exemplo.
As ondas emitidas por um aparelho
de micro ondas tem frequência
específica que provocam
ressonância com as moléculas do
alimento, principalmente água,
provocando seu cozimento de
dentro para fora.
Ressonância
Ondulatória47
O que aconteceu com o curioso caso da ponte de Tacoma, em
Washington (EUA), após oscilar por cerca de 10h, em função de um
vento de 64 km/h?
Polarização
Ondulatória48
Seleção de uma direção específica da oscilação de uma onda, feita
através de um polarizador.
- Somente ondas transversais, como a luz, podem ser polarizadas.
- Ondas longitudinais, como o som, não podem ser polarizadas.
Polarização
Ondulatória49
A luz refletida por pequenas porções de água ou vidros são
naturalmente polarizadas.
Polarização
Ondulatória50
Vantagens de lentes polarizadas:
- Elimina a os raios refletidos;
- Elimina o ofuscamento;
- Proporciona visão mais nítida;
- Melhor visão das cores.
Síntese da aula
Ondulatória51
- Ondulatória é a parte da Física que estuda as ondas, ou seja,
qualquer perturbação (pulso) que se propaga em um meio;
- Chamamos de fonte qualquer objeto que possa criar ondas;
- A onda é somente energia, pois ela só faz a transferência de
energia cinética da fonte, para o meio. Portanto, seja ela qual
onda for, não transporta matéria;
- As ondas, quanto à natureza, podem ser mecânicas ou
eletromagnéticas;
- As ondas, quanto à direção de vibração, podem ser longitudinal
ou transversal;
Síntese da aula
Ondulatória52
- As ondas, quanto à dimensão, podem ser unidimensionais,
bidimensionais ou tridimensionais;
- Dependendo do meio e de como a onda se propaga, pode ocorrer
fenômenos como a reflexão, refração, difração, interferência,
ressonância e polarização;
- Ondas periódicas são ondas que se repetem em intervalos de
tempos iguais, tendo propriedades e características importantes
como velocidade, período, frequência, amplitude e comprimento-
de-onda.
Exercícios
53
A figura abaixo mostra graficamente um fio percorrido por uma onda
cuja velocidade é 4 m/s.
Determine:
a) a sua amplitude;
b) o comprimento-de-onda;
c) o período;
d) a frequência.
Ondulatória
Exercícios (c0nt.)
54
Solução:
a) Como a altura de uma crista ou de um vale equivale a 30 cm, em 
módulo
Então a amplitude será 𝑨 = 𝟑𝟎 𝒄𝒎.
b) Sabendo que o comprimento-de-onda equivale a distância entre 
duas cristas (ou dois vales)
Então o comprimento-de-onda será λ = 𝟖𝟎 𝒄𝒎.
c) O período será 𝐯 =
λ
𝑻
𝟒 =
𝟖𝟎
𝑻
𝐓 = 𝟐𝟎 𝒔
d) A frequência será 𝐟 =
𝟏
𝑻
𝐟 =
𝟏
𝟐𝟎
𝐟 = 𝟎, 𝟎𝟓𝑯𝒛
Ondulatória
Exercícios
55
Uma onda periódica se propaga com frequência de 20 Hz em um certo
meio. Um segmento dessa onda aparece na figura. Determine sua
velocidade de propagação
Solução:9cm
Sabendo que a frequência é 𝒇 = 𝟐𝟎𝑯𝒛
E, conforme a figura, 
𝝀
𝟐
= 𝟗𝒄𝒎
𝝀 = 𝟏𝟖𝒄𝒎
Tendo 𝒗 = 𝝀. 𝒇
𝒗 = 𝟏𝟖. 𝟐𝟎 𝒗 = 𝟑𝟔𝟎𝒄𝒎/𝒔
Ondulatória
Exercícios
56
De uma torneira caem gotas idênticas à razão de 3 a cada segundo,
exatamente no centro da superfície livre da água. Os círculos da
figura representam cristas, originadas pelas gotas. Determine a
velocidade de propagação dessas ondas.
Solução:
Se caem 3 gotas a cada segundo, então:y(cm)
x(cm)
6 12 18
𝒇 =
𝟑𝒈𝒐𝒕𝒂𝒔
𝒔
= 𝟑𝑯𝒛 𝒇 = 𝟑𝑯𝒛
Para encontrar a velocidade, temos: 
𝒗 = 𝝀. 𝒇
𝒗 = 𝟔. 𝟑
𝒗 = 𝟏𝟖𝒄𝒎/𝒔
Ondulatória