experimento cuba laboratorio de fisica 3

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

0 
 
 
 
Universidade Estadual do Norte F luminense Darcy Ribei ro 
C C T - Centro de C iência e Tecnologia. 
 
 
 
 
 
 
 
Relatório de Laboratório de F ísica Geral I I I 
Propagação de Ondas em uma Cuba de Ondas 
 
 
 
 
 
 
 
 
Docente: Juraci Sampaio 
Discente: Sara de Assis Ribei ro 
Experimento Realizado em 08 de Novembro de 2010 
 
 
 
 
 
 
 
Campos dos Goytacazes, 2010.
Juraci Aparecido Sampaio
Nota 9,0
 1 
Sumário 
 
1 ± Introdução............................................................................................................... 02 
2 ± Teoria....................................................................................................................... 02 
2.1 ± Interferência de Ondas.............................................................................02 
2.2 ± Interferência em Duas Dimensões...........................................................02 
3 ± Procedimento Experimental.................................................................................. 03 
4 ± Resultados e Discussões...........................................................................................04 
4.1 ± Estudo da Gota..........................................................................................04 
4.2 ± Velocidade da Onda no Meio...................................................................04 
4.3 ± T ipo de F rente de Onda............................................................................04 
4.4 ± A Cuba com Fonte V ibratória.................................................................04 
4.5 ± Fonte V ibratória com Refletor Curvado................................................06 
4.6 ± Difração......................................................................................................06 
4.7 ± Interferência com Duas Fontes ...............................................................07 
5 ± Conclusão ................................................................................................................08 
6 ± Referências Bibliográficas......................................................................................08
 2 
1 - Introdução 
 Ondas são perturbações que se propagam em um meio e transferem energia de 
um ponto a outro sem o transporte de matéria entre os pontos. As ondas mecânicas são 
aquelas originadas pela deformação de uma região de um meio elástico e que, para se 
propagarem, necessitam de um meio material, ou seja, não se propagam no vácuo. 
 As ondas são classificadas em relação à direção de propagação da energia nos 
meios elásticos em unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais. As ondas 
bidimensionais são aquelas que se propagam ao longo de um plano, como na superfície 
da água. 
O seguinte experimento tem como objetivo a observação do comportamento das 
ondas bidimensionais em meio aquoso quando submetidas a obstáculos. Tal cenário 
mostra de forma experimental como essas reagem à superposição e interferência das 
mesmas. 
 
2 - Teoria 
 2.1 ± Interferência de Ondas 
 Ao se cruzarem, as ondas podem se atravessar uma a outra sem se modificar. Ou 
seja, continuam a se propagar e ter a mesma forma anterior. Tal fenômeno é chamado 
de independência de ondas. 
 Contudo, durante o intervalo de tempo em que as duas ondas estão superpostas, 
cada ponto do meio obedece ao princípio de superposição. 
 A perturbação de uma onda resultante em cada ponto do meio, durante a 
superposição, é a adição das perturbações que seriam causadas pelas ondas 
separadamente. 
 Entretanto, onda há superposição ou cancelamento de duas ou mais ondas ocorre 
o fenômeno da interferência. 
 2.2 ± Interferência em Duas Dimensões 
 Considere duas fontes produzindo ondas numa superfície de água parada com 
freqüências e amplitudes iguais e em fase. À medida que as ondas se propagam, os 
pontos nos quais elas se superpõem também se movimentam. 
 Pelo princípio da superposição, formam-se pontos escuros e claros. Os escuros 
são os pontos onde uma crista superpõe a outra e os claros são os pontos que um vale 
superpõe o outro. 
Juraci Aparecido Sampaio
Juraci Aparecido Sampaio
seria interesante colocar aqui uma figura demonstrando isso!
 3 
 Nos pontos escuros, a água está acima de seu nível; nos pontos claros a água está 
abaixo de seu nível; e nos pontos meio escurecidos, mantém-se no mesmo nível. 
 As ondas se reforçam umas às outras, determinando um deslocamento maior 
para cima ou para baixo, e a interferência entre elas é uma interferência construtiva. Já 
os pontos meio escurecidos são atingidos pelas ondas em oposição de fase, isto é, em 
um dado instante chegam a eles simultaneamente uma crista e um vale. As ondas não 
ocasionam modificação no nível da água e a interferência entre elas é destrutiva. 
 
3 ± Procedimento Experimental 
 
Material Utilizado: 
x Cuba de ondas para retroprojetor; 
x Retroprojetor CIDEPE; 
x Anteparos de metal; 
x Gerador de abalos; 
x Água. 
 
Primeiramente, coloca-se pequena quantidade de água na cuba posicionada na base 
do retroprojetor. Liga-se o retroprojetor com a imagem projetada na parede mais 
próxima. 
Para o início do experimento, deixa-se cair uma gota de água sobre a superfície da 
água na cuba e depois outras gotas são liberadas para a observação do resultado. 
Posteriormente, coloca-se o gerador de abalos na lateral da cuba, de forma que, 
tenha-se uma fonte vibratória dentro desta. A partir daí, anteparos de metal são 
colocados na cuba como obstáculos para a visualização dos diferentes comportamentos 
ondulatórios de acordo com o formato e número dos mesmos. 
Por último, são colocadas duas fontes vibratórias, sem obstáculos, para também 
observação do comportamento ondulatório. 
 
4 - Resultados e Discussões 
 4.1 ± Estudo da Gota 
No primeiro passo cujo deixa-se cair uma gota na superfície da água, pode-se 
observar algumas propriedades das ondas ocasionadas pela sua propagação, são elas 
Juraci Aparecido Sampaio
 4 
bidimensionais e mecânicas. Ou seja, se propagam ao longo de um plano (superfície 
da água) e precisam de um meio para que haja a propagação. 
 Tanto a música quanto o som, são consequências das ondas sonoras, estas 
mecânicas, assim como as citadas acima, necessitam de um meio material para se 
propagar. Não há música e som no vácuo. 
 4.2 ± Velocidade da Onda no Meio 
 A velocidade da onda é dada através da concepção de que o comprimento de 
RQGD�Ȝ�p�SHUFRUULGR�SHOD�RQGD�QR�SHUtRGR�7��/RJR, a velocidade é dada por: Y� �Ȝ�7. 
Entretanto, T = 1/f (o inverso da freqüência), então, conclui-se que a velocidade é o 
produto do comprimento de onda pela freqüência da fonte que a emitiu, que é sempre 
igual à freqüência da onda. 
 4.3 ± T ipo de F rente de Ondas 
 As ondas produzidas pelas gotas que caem na superfície da água são ondas 
circulares, o que é justificado a partir do momento em que se usam apenas duas 
dimensões no experimento. 
 4.4 ± A Cuba com Fonte V ibratória 
 Agora, com a fonte introduzida dentro da cuba a uma determinada frequência, 
amplitude e com diferentes cenários, pode-se observar diversos comportamentos 
ondulatórios. 
 Inicialmente, sem nenhum obstáculo, observa-se que a onda propaga-se em um 
ângulo de 180º da fonte vibratória, ou seja, paralelamente à fonte, conforme a figura 
abaixo. 
 
Fig. 1 ± Frente de onda sem obstáculo. 
 
Juraci Aparecido Sampaio
 5 
 Em seguida, a observação é feita com a utilização de um anteparo reto, paralelo 
à fonte. E, observa-se que, ao se depararem com o anteparo, as ondas mudam de 
sentido, mas permanecem com a direção
constante. 
 
Fig. 2 ± Frente de onda com obstáculo paralelo à fonte. 
 
Posteriormente, o anteparo é colocado inclinado na cuba, de modo que forme o 
kQJXOR�ș�FRP�D�IRQWH��Vê-se então, que as ondas incidentes formam um ângulo de 90º 
com a frente de onda. Tal acontecimento dá origem às ondas estacionárias devido à 
superposição das ondas. A separação entre as linhas claras e escuras denomina-se nó. 
 
 
Fig. 3 ± Frente de onda com obstáculo inclinado. 
 
 4.5 ± Fonte V ibratória com Refletor Curvado 
 Agora, com o refletor curvado, observa-se que a onda é refletida em formato 
oposto ao anteparo de forma que, a onda converge para o foco, e este passa a comportar-
se como fonte. 
 6 
 
Fig. 4 ± Frente de onda com obstáculo curvo. 
 
 4.6 ± Difração 
 Na próxima etapa do experimento, aumenta-se a frequência para o seu valor 
máximo e coloca-se dois anteparos retos separados inicialmente, por uma distância 
maior que 5cm. O que pode-se observar é que parte da onda continua passando 
paralelamente à frente de onda na fenda e parte é refletida pelos anteparos. 
 
 
Fig. 5 ± Frente de onda com dois anteparos. 
 
 Diminui-se então, a fenda que separa os anteparos para uma distância de 0,5cm. 
As ondas comportam-se como ondas pontuais, ou seja, ao passarem pela fenda, ocorre a 
difração e as ondas tornam-se circulares. Isso acontece porque o comprimento de onda é 
maior que a distância entre os anteparos. 
 7 
 
Fig. 6 ± Frente de onda com difração. 
 
 Assim, a fenda dos anteparos é redimensionada para a distância de 3cm e a 
frequência do gerador de abalos torna-se variante. Observa-se então, que quanto maior a 
frequência, menor o comprimento de onda e consequentemente a difração diminui. 
Logo, para as ondas se espalharem mais, diminui-se a frequência. Nos casos acima, os 
WDPDQKRV�GH�UHIHUrQFLD�³ODUJR´�H�³HVWUHLWR´�ID]HP�PHQoão ao tamanho da fenda. 
 
4.7 ± Interferência com Duas Fontes 
 Na última etapa do experimento, colocam-se duas fontes na cuba com a 
frequência ajustada para o máximo. Na Fig. 7, observam-se as regiões construtivas (C) e 
as destrutivas (D) formadas a partir da interferência das ondas. As fases destrutivas são 
encontradas quando a fase é de 180º, ou seja, meio comprimento. 
 
Fig. 7 ± Frente de onda com duas fontes. 
Juraci Aparecido Sampaio
O conceito de largo e estreito depende essencialmente do comprimento de onda em relação ao tamanho da fenda em que a mesma está se propagando.
Juraci Aparecido Sampaio
Juraci Aparecido Sampaio
Juraci Aparecido Sampaio
de onda.
 8 
 
5 - Conclusão 
 A partir de tal experimento, pôde-se concluir que a propagação das ondas é 
dependente do formato do vibrador que as causam, ou seja, quando a carga é pontual, a 
ondas se propagam em forma circular, entretanto se o vibrador for formado de paletas 
planas, sua propagação é dada de forma paralela. 
 Outra conclusão é que as ondas apresentam a capacidade de difração, esta que 
ocorre quando o comprimento da onda é maior que a distância da fenda que essa passa 
por. 
E, além disso, verificou-se o comportamento das ondas quando submetidas às 
interferências das mesmas e assim, conhecidas as regiões construtivas e destrutivas que 
são de extrema importância para o entendimento do comportamento ondulatório. 
 
6 - Referências Bibliográficas 
 
RAMALHO, F. Os Fundamentos da Física 2, 8ª ed. ampl. e rev.São Paulo: Editora Moderna 
2003. 
<http://www.falstad.com/mathphysics> - Acessado em 21 de novembro de 2010. 
Juraci Aparecido Sampaio
dependente do tipo da frente de onda!
Juraci Aparecido Sampaio
Juraci Aparecido Sampaio