Ondas e Fenômenos Físicos

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Ondas - Parte 2
Física
1o bimestre - Aula 02
Ensino Médio
3a
SÉRIE
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Ondas.
Compreender e analisar grandezas associadas às ondas.
Conteúdo
Objetivos
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(EM13CNT105) Analisar os ciclos biogeoquímicos e interpretar os efeitos de fenômenos naturais e da interferência humana sobre esses ciclos, para promover ações individuais e/ ou coletivas que minimizem consequências nocivas à vida.
Na aula anterior, vocês aprenderam que as ondas são fenômenos nos quais há transporte de energia sem que seja necessário o transporte de massa. Um exemplo particularmente extremo são os tsunamis, ondas que se formam no oceano, como consequência, por exemplo, de terremotos submarinos. Discuta com seus colegas quais elementos da ondulatória podem estar associados aos tsunamis.
Tsunamis
A imagem mostra a formação de um tsunami a partir de uma perturbação em uma placa tectônica.
Vire e Converse
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Para começar
https://alcanceageografia.blogspot.com/2009/05/como-ocorrem-os-desastres-naturais.html
Representação de uma onda
Considere uma onda que se propaga em uma corda, como na imagem abaixo:
Grandezas físicas associadas às ondas
Nesta imagem, temos uma corda em que a extremidade está atrelada a uma fonte capaz de produzir um movimento vibratório contínuo em relação à sua posição de equilíbrio. A fonte faz com que se propague, na corda, uma onda com a forma de uma senoide.
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Foco no conteúdo
Amplitude (A)
O valor A é denominado amplitude da onda. Ele permanece constante ao longo da corda quando a propagação é conservativa (não há dissipação de energia) e diminui ao longo da corda quando a propagação é dissipativa (caso real, em que parte da energia da onda se dissipa). Se duas ondas diferem apenas na amplitude e propagam-se no mesmo meio, a mais intensa é aquela que tem maior amplitude.
Elementos de uma onda
Representação da amplitude de uma onda
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Foco no conteúdo
Crista e vale: considerando a figura no plano vertical, chamamos os pontos mais altos da onda A1, A2 e A3 de cristas, e os pontos mais baixos, B1 e B2 de vales ou depressões. É comum dizermos, também, que os pontos que oscilam "juntos" estão em fase. Assim, os pontos A1, A2 e A3 estão em fase entre si, e os pontos B1 e B2 também estão em fase entre si. Ou seja, quando um deles está "para cima", os outros também estarão, e vice-versa. Pontos que não mantêm a mesma configuração oscilam fora de fase; aqueles que mostram a configuração inversa, por sua vez, estão em oposição de fase, como os pontos A1 e B1 , por exemplo.
Elementos de uma onda
A1
A2
A3
B1
B2
Representação de cristas e vales
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Foco no conteúdo
Comprimento da onda 𝝀
Representa a distância entre dois pontos sucessivos da onda que estão na mesma fase de oscilação. Pode ser pensado, também, como a distância que uma perturbação percorre durante um período T.
O período (T) é o intervalo de tempo necessário para que um comprimento de onda (𝝀), ou uma onda completa, passe por um determinado ponto do meio. Cada pulso emitido corresponde a uma oscilação completa da fonte.
Elementos de uma onda
1 pulso
Representação do comprimento de onda
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Foco no conteúdo
Frequência da Onda
Corresponde ao número de oscilações efetuadas na unidade de tempo.
Convém notar que a frequência de uma onda é sempre igual à frequência da fonte que a originou e se mantém constante durante toda a existência
dessa onda. 
A unidade de frequência no SI (sistema internacional de unidades) é o hertz (Hz), e o período é o segundo (s).
Vale a relação em que T é o período da onda e 𝑓 é a frequência.
Elementos de uma Onda
ou
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Foco no conteúdo
Quando uma onda se propaga através de um meio, ela percorre uma distância 𝒅 igual ao seu comprimento de onda (𝑑= 𝜆), num intervalo de tempo igual a um período (∆𝑡 = 𝑇). Num meio homogêneo, a velocidade de propagação (v) de uma onda é constante, seja ela mecânica ou eletromagnética, valendo a relação:
Velocidade da onda
Como , temos:
Essa é a relação fundamental e se aplica à propagação de todas as ondas.
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Foco no conteúdo
Retorne à situação-problema apresentada no início da aula. Agora, com seus conhecimentos sobre as grandezas físicas associadas às ondas, quais elementos das ondas estão envolvidos nos tsunamis?
Tsunamis
Todo mundo escreve
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Aplicando
Os tsunamis são fenômenos complexos relacionados a eventos sísmicos e têm várias características associadas à ondulatória. Alguns dos elementos da ondulatória que estão particularmente relacionados aos tsunamis incluem:
Comprimento de onda extremamente longa: os tsunamis têm comprimentos de onda muito longos em comparação com outras ondas oceânicas. Eles podem se estender por centenas de quilômetros, resultando em uma propagação eficiente através de vastas extensões do oceano.
Por definição, para ser considerado um tsunami, a onda precisa ter um comprimento entre 10 e 500 km, tendo um período de formação relativamente lento, de alguns minutos.
Tsunamis
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Aplicando
Altura de amplitude reduzida em alto mar: embora tenham comprimentos de onda longos, a amplitude dos tsunamis em alto mar é relativamente pequena. Isso significa que, ao cruzar o oceano, essas ondas podem passar despercebidas por observadores em navios, já que a elevação da água associada a um tsunami pode ser de apenas alguns centímetros ou menos.
Aumento significativo de amplitude ao aproximar-se da costa: quando os tsunamis se aproximam da costa, a profundidade da água diminui, causando um aumento acentuado na amplitude das ondas. Isso é conhecido como "amplificação de tsunami". A elevação da água pode tornar-se significativa, resultando em grandes ondas que atingem a costa.
Tsunamis
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Aplicando
Velocidade de propagação elevada: os tsunamis têm velocidades de propagação muito mais altas do que as ondas oceânicas típicas geradas pelo vento. Eles podem viajar pelo oceano a centenas de quilômetros por hora devido à sua relação com eventos sísmicos de grande escala.
Tsunamis
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Aplicando
(ENEM 2018-adaptado) O sonorizador é um dispositivo físico implantado sobre a superfície de uma rodovia de modo que provoque uma trepidação e ruído quando da passagem de um veículo sobre ele, alertando para uma situação atípica à frente, como obras, pedágios ou travessia de pedestres.
Ao passar sobre os sonorizadores, a suspensão do veículo sofre vibrações que produzem ondas sonoras, resultando em um barulho peculiar. Considere um veículo que passe com velocidade constante igual a 108 km/h sobre um sonorizador cujas faixas são separadas por uma distância de 8 cm.
Qual é a frequência da vibração do automóvel percebida pelo condutor durante a passagem nesse sonorizador?
Exercício de aplicação
Disponível em: www.denatran.gov.br. Acesso em: 2 set. 2015 (adaptado).
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Na prática
Para calcular a frequência da vibração percebida pelo condutor durante a passagem pelo sonorizador, podemos usar a fórmula da frequência em relação à velocidade de uma onda: 𝒗 = 𝝀∙𝒇, em que, 𝑣 é a velocidade, 𝜆 é o comprimento de onda e 𝑓 a frequência.
Vamos converter a velocidade do veículo para m/s: 
108 𝑘𝑚/ℎ = (108 ×1000)/3600 𝑚/𝑠, temos que a velocidade é 30 𝑚/𝑠.
Podemos calcular a frequência usando a fórmula, e a distância entre as faixas do sonorizador é diretamente relacionada ao comprimento de onda:
𝜆 = 8 𝑐𝑚 = 0,08 𝑚
𝑓 = 𝑣/𝜆, temos: 𝑓 = 30/0,08 = 375 𝐻𝑧 
Resolução
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Na prática
Aprendemos que as ondas são perturbações que se propagam por meio de um meio ou espaço, transferindo energia sem movimento material substancial.
A frequência de uma onda representa o número de ciclos por unidade de tempo, enquanto o período é a duração de um ciclo. 
O comprimento de onda é a distância entre dois pontos consecutivos em uma onda.
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O que aprendemos hoje?
Lemov, Doug. Aula nota 10: 49 técnicas para ser um professor campeão de audiência. Trad. LedaBeck; consultoria e revisão técnica de Guiomar N. de Mello e Paula Louzano. São Paulo: Da Prosa: Fund. Lemann, 2011.
BARRETO FILHO, Benigno; SILVA, Claudio Xavier da. Física aula por aula. Mecânica: 1º ano. 2ª, 2016. 
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Referências
Lista de Imagens e Vídeos
Slide 3 - https://alcanceageografia.blogspot.com/2009/05/como-ocorrem-os-desastres-naturais.html 
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Referências
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