experimento cuba laboratorio de fisica 3

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UNI V E RSID A D E EST A DU A L D O N O R T E F L U M I-
N E NSE D A R C Y RIB E IR O ± U E N F 
L icenciatura em Química 
 Laboratório de F ísica 3 
 
 
 
 
 
 
Propagação de Ondas em uma Cuba de Ondas. 
 
 
 
 
 
 
Q U E I T I L A N E D E SO U Z A SA L ES 
 
 
 
 
 
 
 
Campos dos Goytacazes ± RJ 
11/2010 
 
 
Prestar atenção na maneira que se coloca a referência no texto!
 ...texto texto texto [1]. e não .... texto texto. [1]
Nota 8,5
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1. INTRODUÇÃO 
Ondas mecânicas são ondas que encontramos praticamente a todo o momento 
em nosso dia-a-dia. Tais ondas possuem certas características centrais e elas são gover-
nadas pelas leis de Newton e só podem existir dentro de um meio material, como o ar, a 
água e as rochas. Temos como exemplo comuns ondas na água, ondas sonoras e ondas 
sísmicas. [1] 
Quando observamos as ondas na água utilizando a parede lateral de um aquário, 
podemos perceber que a parte superior da onda (denominada crista) e a parte inferior 
(depressão ou vale) (fig.1). [2] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
F igura 1 - Representação de ondas na água. 
 
Podem ser produzidas na água ondas do tipo planas e circulares. Se tocarmos le-
vemente a superfície da água com uma régua por exemplo obtém-se ondas retas (pla-
nas). Uma onda de pequena duração é denominada pulso, no caso de ondas retas (pla-
nas), um pulso reto. O movimento do pulso reto é tal que se mantém paralelo à linha 
que indica a sua posição original. Quando uma pedra ou uma gota de água cai na água, 
aparece uma configuração circular que se estende a partir do ponto de impacto da pedra 
ou da gota. Uma perturbação desse tipo se denomina onda circular, que movimenta-se 
apenas na superfície da água. [2] 
Ondas estacionárias também estão presentes em meio líquido, essas ondas con-
sistem em duas ondas de mesma amplitude e mesmo comprimento de onda se propa-
gando em sentidos opostos ao longo de uma superfície que possua um obstáculo que é 
colocaGR�IRUPDQGR�XP�kQJXOR�ș� a interferência de uma onda com a outra produz uma 
onda estacionária. [1] 
Nas ondas ocorre o princípio da superposição que essas ondas se somam alge-
bricamente para produzirem uma onda resultante, se vários efeitos ocorrem simultane-
amente, o efeito resultante é a soma dos efeitos individuais. [1] 
A onda resultante depende do quanto as ondas estejam em fase uma em relação à 
outra, ou seja, do quanto o formato de uma onda esteja deslocado do formato da outra 
onda. Se as ondas estiverem exatamente em fase (estando os picos e os vales exatamen-
te alinhados), elas se combinam duplicando o deslocamento de qualquer uma das ondas 
atuando isoladamente. Se elas estiverem exatamente fora de fase, elas se combinam para 
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se cancelarem em todos os pontos. Esse fenômeno é denominado combinação de ondas 
de interferência. [1] 
- interferência construtiva ± ocorre quando duas ondas chegam a um ponto em 
comum exatamente em fase. [1] 
- interferência destrutiva - ocorre quando duas ondas em um ponto em comum 
com uma diferença de fase de exatamente meio comprimento de onda. [1] 
Reflexão consiste na mudança da direção de propagação da energia, ou seja, 
consiste no retorno da energia incidente em direção à região de onde ela se originou, 
após entrar em contato com uma superfície refletora. A energia pode tanto estar mani-
festada na forma de ondas como transmitida através de partículas. Por isso, a reflexão é 
um fenômeno que pode se dar por um caráter eletromagnético ou mecânico. [2] 
Lei da reflexão- o raio refletido está no plano de incidência e tem um ângulo de 
reflexão igual ao ângulo de incidência. [3] 
A difração ocorre quando uma onda encontra um obstáculo que possui uma a-
bertura de dimensões comparáveis ao comprimento de onda, parte da onda que passa 
pela abertura é difratada do outro lado do obstáculo. Quanto mais estrito for o tamanho 
da fenda, maior será a difração ocorrida na onda. [3] 
O estudo de ondas em duas dimensões pode ser realizado usando uma cuba de 
ondas. Uma cuba de ondas é um recipiente de vidro com pés niveladores. Utilizando 
vibradores adequados, são produzidos na cuba ondas, ondas planas e ondas circulares 
(fig.2). [2] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
F igura 2 ± Cuba de ondas. 
 
2. OBJETIVOS 
x Identificar ondas em duas dimensões (reflexão, difração, interferência de duas 
fontes). 
3. PARTE EXPERIMENTAL 
3.1 MATERIAIS 
x Cubas de ondas para retroprojetor CIDEPE 
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x Anteparos de metal 
x Gerador de abalos 
x Água 
 
4. PROCEDIMENTO 
Deixou-se cair uma gota de água, sobre a superfície da água da cuba, e depois 
deixou-se cair mais gotas. Em seguida observou-se e anotou-se o tipo de onda observa-
da. 
Depois ligou-se o gerador de abalos e fez-se um esboço do tipo de ondas obser-
vadas. Colocou-se um anteparo na cuba de ondas, observou o que acontecia com as on-
das ao encostar-se no anteparo e fez-se um esboço do que ocorria com as ondas. Em 
seguida colocou-se o obstáculo de forma que forma-VH�XP�kQJXOR�ș, observou-se e fez-
se um esboço do que ocorria com as ondas novamente. 
Retirou-se o anteparo e colocou-se um refletor curvado, observou-se e fez-se um 
esboço do que foi observado. 
Em seguida ajustou-se a freqüência para seu valor máximo. Colocou-se dois an-
teparo separados a uma distância maior que 5 cm, observou-se e fez-se um esboço do 
que ocorria com as ondas ao passarem por esses anteparos. Depois colocou-se os ante-
paros separados a uma distância menor que 0.5 cm, novamente observou-se e desenhou-
se o que ocorria com as ondas ao passarem pelos anteparos. Em seguida colocou-se as 
anteparos separados a um distância de aproximadamente 3 cm e variou-se a freqüência 
das ondas incidentes, anotou-se o que foi observado. 
Ao final da prática, ajustou-se novamente a freqüência ao seu valor máximo e 
colocou-se duas fontes pontuais. Fez-se um esboço de como as ondas se comportavam e 
anotaram-se observações ao gráfico. 
 
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES. 
Primei ra parte: 
Ao cair uma gota de água na cuba e depois compassadamente, outras gotas caí-
ram. Observou-se a formação de ondas na superfície da água e essas ondas se relacio-
nam a música e ao som porque são ondas mecânicas também, que necessitam de um 
meio para se propagarem, transportando energia e quantidade de movimento. 
Para calcular a velocidade da onda neste meio, basta identificar uma frente de 
onda e marcar a posição inicial desta frente com um marcador. À medida que a onda for 
deslocando sempre marcar sua posição. Medir o deslocamento desta frente da onda com 
uma régua. E com um cronometro marcar o tempo. E por fim, calcular a velocidade da 
onda (V = S/ t), considerando o deslocamento medido e o tempo decorrido. 
 Essas gotas que caíram na superfície da água possuem uma configuração cir-
cular na água que se estende a partir do ponto de impacto. Esse tipo de perturbação é 
denominado onda circular e essa onda do tipo circular movimentam-se apenas na super-
fície da água, ou seja, são formadas em um sistema bidimensional pois, se propagam em 
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um plano.Observa-se que a direção de propagação é radial e o sentido é de dentro para 
fora do círculo (fig.3). 
 
 
 
 
 
 
 
 
F igura 3- Esboço que representa a formação de ondas circulares, onde mostra a direção 
e o sentido que estão representados pela seta. 
Segunda parte: 
 Ao ligar uma fonte vibratória a uma determinada freqüência e amplitude ob-
servam-se ondas retas, ou seja, ondas planas ou também pode ser chamada de um pulso 
reto, sendo uma onda de pequena duração. O movimento do pulso reto é tal que se man-
tém paralela à linha que indica a sua posição original (fig.4). As regiões claras da super-
fície da água são caracterizadas comocristas que atuam com lentes convergentes e ten-
dem a focalizar a luz e as regiões escuras como vales que atuam como lentes divergen-
tes e tendem a dispersar a luz. Observa-se que nesta situação onde não possui obstáculos 
ocorre a formação de um ângulo de 00. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
F igura 4-Esboço que representa a formação de ondas planas, onde mostra a direção e o 
sentido que estão representados pela seta. 
 
Quando se coloca um anteparo na cuba de ondas, analisa-se que a onda sai de 
sua origem e ao encostar-se ao anteparo ela volta no sentido contrário, ou seja, ela vai e 
volta para sua origem (fig.5). 
 
 
 
 
 
 
6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
F igura 5- Esboço que representa o que ocorre com as ondas quando elas encontram um 
obstáculo, a direção e o sentido estão indicados pelas setas. 
 
$JRUD�TXDQGR�HVVH�DQWHSDUR�p�FRORFDGR�IRUPDQGR�XP�kQJXOR�ș��REVHUYD-se que 
quando as ondas chegam ao obstáculo, elas passam a ir ao sentido contrário formando 
um ângulo de 900 entre elas, com isso a interferência de uma onda com a outra produz 
uma região que é constituída por ondas estacionárias (fig.6). Isso ocorre porque existe o 
encontro de ondas idênticas com mesma frequência, mesma amplitude, mesmo com-
primento de onda, mesma direção só que com sentidos opostos. Essas ondas estacioná-
rias possuem linhas claras que seriam os nós, interferências construtivas e as escuras 
interferências destrutivas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
F igura 6- Esboço que representa o que ocorre com as ondas quando elas encon-
tram um obstáculo que é colocado formando um kQJXOR�ș� 
Tercei ra parte: 
 Quando coloca-se um refletor curvado na cuba de ondas. Observa-se que ondas 
planas se direcionam ao refletor curvado e ao chegarem a esse refletor a onda é refleti-
da. Após a reflexão, a frente de onda é refletida e a energia transportada converge para 
um ponto, que é denominado foco (fig. 7). 
 
 
 
 
 
 
900 
7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
F igura 7 ± Desenho de como se comporta a onda ao ser refletida. 
Quarta parte: 
 Ajustando a freqüência para seu valor máximo e colocando dois anteparos com 
uma distância maior que 5 centímetros, observamos que quando uma onda encontra o 
anteparo com uma fenda maior que seu comprimento de onda �Ȝ�, parte da onda passa 
direto não ocorrendo o fenômeno da difração, nesta caso a fenda se comporta como uma 
fonte de ondas planas, e a outra parte que não passa pela fenda volta para seu sentido 
original (fig.8). 
 
 
 
 Ȝ 
 
 
 
 
 
 
F igura 8- Esboço que representa o que ocorre com as ondas quando elas encontram um 
obstáculo com uma fenda maior que 5 cm, a direção e o sentido estão indicados pelas 
setas. 
 
 Agora colocando os dois anteparos a uma distância menor que 0,5 centímetros, 
observamos que as ondas são difratadas ao passarem pelo obstáculo, possuindo a forma 
de semicírculos. Isso se deve porque quando a onda encontra um anteparo que possui 
uma fenda com dimensões próximas ao comprimento da onda ou menor, a parte da onda 
que passa pela fenda é difratada. Observa-se também que quanto menor a fenda, maior 
será a difração ocorrida, nesta situação a fenda se comporta como uma fonte pontual 
(fig.9). 
 
 
 
 
 
 
8 
 
 
 
 Ȝ 
 
 
 
 
 
 
F igura 9 - Esboço que representa a onda difratada ao passar pela fenda menor que 0,5 
cm, a direção e o sentido estão indicados pelas setas. 
 
Quando foi colocado dois anteparos novamente só que com distância entre si de 
3 centímetros e variando-se a freqüência. Observou-se que com a freqüência alta as on-
das espalhavam mais ao passar pela fenda, isso ocorreu porque com a freqüência alta o 
comprimento de onda fica menor, tendo com conseqüência uma onda mais espalhada ao 
passar pela fenda. 
Um fator importante para se ressaltar é que ao GL]HUPRV�³ODUJR´�H�³HVWUHLWR´�SDUD�
diferenciar as duas situações anteriores estamos nos referindo ao comprimento de onda. 
 
Quinta parte. 
Por fim, usaram-se duas fontes pontuais e ajustou-se a freqüência para seu valor 
máximo. Observa-se que ocorreu interferência destrutiva e construtiva, a interferência 
que possui a maior amplitude é a construtiva e quando não observa-se nenhum movi-
mento é a interferência destrutiva (fig.10). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
F igura 10- Esboço que representa as interferências que ocorrem nas ondas. 
 
 
 
C 
C 
   C 
C 
C 
C 
C C 
C 
C 
C 
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C C C 
C 
C 
C 
D 
D 
D 
D 
D 
D 
D 
D D 
em relação ao tamanho da fenda!
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6. CONCLUSÃO 
 Com as observações feitas, podemos concluir que através deste experimento 
identificamos diferentes tipos de ondas que podem existir em meios líquidos (ondas 
planas e circulares) e como elas se comportam, analisamos a capacidade da onda de 
contornar os obstáculos e por fim os tipos de interferências que uma onda pode sofrer 
como reflexão, difração e o comportamento das ondas geradas por duas fontes pontuais. 
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
[1] HALLIDAY. David, 5��5HVQLFN��-��:DONHU��³Fundamentos da Física 2 Gravitação, 
Ondas 7HUPRGLQkPLFD´���HG�9��� Livros Técnicos e Científicos Editora S.A.: Rio de 
Janeiro, 2002. p. 93, 102 e 103,106. 
[2] 
www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/F809_sem2_2004/01
1863Marcosp-RichardLanders_RF.pdf acessado em 14/11/2010 às 14:25. 
[3] HALLIDAY. David, 5��5HVQLFN��-��:DONHU��³Fundamentos da Física 4 ³ÓPTICA E 
Física Moderna 6ª ed. V.4 Livros Técnicos e Científicos Editora S.A.: Rio de Janeiro, 
2003. p.14, 55 e 54.