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Ondas – Parte 5
Física
1o bimestre – Aula 05
Ensino Médio
3a
SÉRIE
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Ondas.
Definir o conceito de difração de uma onda; 
Analisar e investigar o Experimento de Young.
Conteúdo
Objetivos
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(EM13CNT104) - Avaliar os benefícios e os riscos à saúde e ao ambiente, considerando a composição, a toxicidade e a reatividade de diferentes materiais e produtos, como também o nível de exposição a eles, posicionando-se criticamente e propondo soluções individuais e/ou coletivas para seus usos e descartes responsáveis.
Atividade prática
Materiais:
Fonte sonora (alto-falante, smartphone ou qualquer dispositivo que reproduza som).
Barreira sólida (uma porta entreaberta, uma folha de papelão ou um livro grande).
Área espaçosa: pode ser o pátio da escola, preferencialmente com pouco ruído ambiente.
Fita adesiva (opcional).
Continua...
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Para começar
Posicione a fonte sonora em uma extremidade da área espaçosa. Certifique-se de que não há obstruções significativas entre a fonte e o restante do espaço.
Sem barreira:
Faça a reprodução de um som constante, como um tom contínuo, sem nenhuma barreira entre a fonte e a área aberta. 
Observe como o som se propaga.
Continua...
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Para começar
Introdução da barreira:
Posicione a barreira sólida (porta entreaberta, papelão ou livro) perpendicularmente à direção da fonte sonora. Certifique-se de que a barreira seja mais larga que a fonte sonora. Se estiver usando uma porta entreaberta, experimente variar a largura da abertura e observe como isso afeta a difração do som. Você pode usar fita adesiva para ajustar a abertura. Mantenha a reprodução do som constante. 
Agora, discuta com seus colegas:
Qual é a diferença na propagação do som com e sem a barreira?
Por que a largura de uma abertura ou barreira afeta a propagação das ondas sonoras?
Vire e converse
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Para começar
Difração de ondas
Uma observadora posicionada em uma rua, como na imagem abaixo, não consegue ver um veículo que está posicionado em outra rua. Embora ela não veja o veículo, consegue ouvir muito bem o ruído produzido por ele. Por que isso acontece? Você já percebeu uma situação semelhante? 
Representação de um veículo em movimento e uma pessoa em outra rua. 
Vire e converse
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Foco no conteúdo
Uma observadora posicionada em uma rua perpendicular a outra rua onde se encontra um carro em movimento, embora não o veja, consegue ouvir muito bem o ruído produzido por ele devido ao fenômeno da difração.
Correção
Representação de um veículo em movimento e uma pessoa em outra rua. 
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Foco no conteúdo
A difração é uma propriedade que uma onda possui de contornar um obstáculo ou uma fenda, chegando a uma região que não poderia ser atingida se a propagação dessa onda fosse retilínea. 
O efeito da difração de ondas está ligado ao comprimento de onda incidente e ao tamanho do obstáculo a ser transposto: ambos precisam ter a mesma ordem de grandeza.
Difração de ondas
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Foco no conteúdo
O Princípio de Huygens explica a difração de ondas sonoras, pois, quando a frente de onda atinge os pontos de um obstáculo ou de uma fenda, cada ponto se comporta como uma fonte de onda secundária que se propaga em todas as direções; isso faz com que a onda contorne o obstáculo, conseguindo assim transpor o mesmo. 
Princípio de Huygens
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Foco no conteúdo
A distribuição de energia na difração não se dá de forma uniforme em todas as direções; ela depende da comparação do comprimento de onda da onda incidente com o tamanho do obstáculo ou da fenda de um obstáculo.
Princípio de Huygens
Onda difratada no mar.
Representação de ondas sonoras em uma fenda.
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Foco no conteúdo
https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-difracao.htm
Pode-se observar com maior facilidade o fenômeno de difração quando o comprimento de onda for maior ou igual às dimensões da fenda ou obstáculo.
O som audível possui comprimento de onda entre 1,7 cm e 17 m, portanto, poderá contornar facilmente obstáculos e fendas.
A luz, por sua vez, apresenta comprimento de onda entre 4.10-7m e 7.10-7m, portanto, pode-se considerar que a propagação da luz, num meio transparente e homogêneo, é retilínea, pois a difração é insignificante. 
Para fendas de pequenas dimensões, a luz também pode sofrer o fenômeno da difração.
Difração de ondas
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Foco no conteúdo
Em 1801, Thomas Young (1773-1829) construiu um experimento que consistia em incidir um feixe de luz por um pequeno orifício e registrar do outro lado da abertura, sobre um anteparo, a intensidade luminosa desse feixe. Nesse experimento, ele observou o aparecimento de várias faixas luminosas de intensidades diferentes. Tal fenômeno mostrava que a luz sofrera difração, assim como as ondas sonoras ou as ondas de um lago.
Experimento de Young
Simulação obtida no Phet colorado.
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Foco no conteúdo
Young realizou ainda um segundo experimento, que ficou conhecido como “Experimento da Fenda Dupla”. Nesse experimento, ele direcionou luz monocromática (uma única cor) para duas fendas estreitas e paralelas. A luz que passava por essas fendas sofria difração e se propagava como ondas chegando até uma tela de projeção (anteparo).
Experimento de Young
Simulação obtida no Phet colorado – luz monocromática incidindo em duas fendas.
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Foco no conteúdo
Quando a luz atingia a tela, ocorria o fenômeno da interferência. As ondas provenientes das duas fendas interferiam entre si, resultando em padrões de interferência alternados de regiões claras e escuras na tela. Esse padrão só poderia ser explicado pela natureza ondulatória da luz, onde as cristas e os vales das ondas interferiam de maneira construtiva (aumentando a amplitude) em algumas regiões e destrutiva (anulando-se) em outras.
Experimento de Young
Nas franjas claras, ocorre interferência construtiva. Nas franjas escuras, as ondas se anulam e ocorre interferência destrutiva. Nas áreas adjacentes às franjas claras e às franjas escuras, a intensidade da luz varia gradualmente entre as franjas.
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Foco no conteúdo
Agora, com as aprendizagens desta aula, retome os questionamentos da atividade inicial.
Qual é a diferença na propagação do som com e sem a barreira?
Por que a largura de uma abertura ou barreira afeta a propagação das ondas sonoras?
Atividade prática
Todo mundo escreve
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Aplicando
A diferença na propagação do som com e sem uma barreira está relacionada ao fenômeno de difração.
Quando o som se propaga sem encontrar uma barreira significativa, ele se move em linha reta, de acordo com o princípio da propagação retilínea das ondas. Não há desvio ou alteração significativa na direção original da onda sonora.
Quando uma onda sonora encontra uma barreira ou uma abertura, ocorre difração. A difração permite que o som contorne a barreira, resultando em uma alteração na direção de propagação. Algumas partes da onda passam pela abertura ou ao redor da barreira, permitindo que o som alcance áreas que, de outra forma, ficariam protegidas pela barreira.
Correção
Qual é a diferença na propagação do som com e sem a barreira?
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Aplicando
A largura da abertura ou barreira é um fator crítico na difração das ondas sonoras. Se a largura da abertura for comparável ao comprimento de onda do som, a difração será mais pronunciada. Se a abertura for significativamente maior que o comprimento de onda, a difração será menos evidente.
A difração pode ser entendida por meio do Princípio de Huygens, que postula que cada ponto em uma frente de onda age como uma fonte secundária de ondas. Ao encontrar uma abertura ou barreira, essas fontes secundárias emitem ondas que interferem umas com as outras, resultando em padrões de difração.
Boom sônico
Correção – 
Por que a largura de uma abertura ou barreira afeta a propagação das ondas sonoras?
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Aplicando
Exercício de aplicação
A respeito dos fenômenos de interferência e difração,é correto afirmar:
I. Ocorrem apenas com ondas eletromagnéticas.
II. Não podem ocorrer separadamente.
lll. Revelam o caráter ondulatório da luz.
IV. Não ocorrem com ondas na superfície da água.
V. Ocorrem com ondas sonoras e luminosas.
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Na prática
Correção
Incorreto: Interferência e difração são fenômenos observados em várias formas de ondas, incluindo ondas eletromagnéticas (como a luz), ondas sonoras e até mesmo ondas na superfície da água.
Incorreto: Interferência e difração são fenômenos distintos. Embora possam ocorrer simultaneamente, cada um pode ser observado independentemente.
Correto: Interferência e difração são fenômenos que demonstram o caráter ondulatório da luz, confirmando sua natureza dual (ondulatória e corpuscular). 
Continua...
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Na prática
Correção
Incorreto: Interferência e difração também podem ocorrer com ondas na superfície da água. Esses fenômenos não estão restritos a um tipo específico de onda.
Correto: Interferência e difração são observadas em uma variedade de ondas, incluindo ondas sonoras (mecânicas) e ondas luminosas (eletromagnéticas).
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Na prática
Exploramos o fenômeno de difração, que ocorre quando a luz encontra uma abertura ou obstáculo; 
Entendemos o Experimento de Young, no qual uma fonte de luz é dividida em duas fendas, resultando em padrões de interferência quando as ondas se encontram novamente. 
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O que aprendemos hoje?
LEMOV, Doug. Aula nota 10: 49 técnicas para ser um professor campeão de audiência. Trad. Leda Beck; consultoria e revisão técnica: Guiomar N. de Mello e Paula Louzano. São Paulo: Da Prosa: Fund. Lemann, 2011.
VILLAS BÔAS, Newton. Tópicos de física : volume 2 / Newton Villas Bôas, Ricardo Helou Doca, Gualter José Biscuola. — 19. ed. — São Paulo: Saraiva, 2012.
BARRETO FILHO, Benigno; SILVA, Claudio Xavier da. Física aula por aula. Mecânica: 2o ano. 2.ed. 2016. 
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Referências
Lista de imagens
Slide 6 – Elaborado para o Material Digital.
Slide 7 – Elaborado para o Material Digital.
Slide 10 – https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-difracao.htm 
Slide 12 – https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-interference/latest/wave-interference_all.html?locale=pt_BR
Slide 13 – https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-interference/latest/wave-interference_all.html?locale=pt_BR
Slide 14 – https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-interference/latest/wave-interference_all.html?locale=pt_BR
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Referências
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