Relatório Cuba de Ondas laboratório de fisica 3

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Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro 
 
 
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Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro - UENF. 
 
 
 
 
 
Professor: Juraci Sampaio 
Disciplina: Laboratório de Física Geral III 
 
 
 
 
 
 
Propagação de Ondas em uma Cuba de Ondas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Thabata Fernanda Couto Pessanha 
 
 
 
Campos dos Goytacazes 
Novembro-2010 
NOTA 8,0
 Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro 
 
 
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Índice 
 
 
 
1.0 OBJETIVO ___________________________________________________2 
 
2.0 INTRODUÇÃO ________________________________________________2 
 
3.0 FUNDAMENTOS TEÓRICOS ____________________________________2 
 
4.0 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ______________________________3 
 
5.0 RESULTADOS E DISCUSSÕES __________________________________4 
 
 6.0 CONCLUSÕES ________________________________________________8 
 
7.0 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS _______________________________8 
 
 
 Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro 
 
 
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1.0 OBJETIVO 
 
Identificar em duas dimensões (reflexão, difração, interferência de duas fontes). 
 
2.0 INTRODUÇÃO 
 
Um pulso de onda é uma perturbação que se propaga através de um meio. Uma onda pode 
ser mecânica se ela se propaga em um meio material (como o som, ou a onda em uma corda), ou 
não (como a luz, que é uma onda eletromagnética, e que se propaga no vácuo) [1]. Esse pulso pode 
ser unidimensional, bidimensional ou tridimensional. 
Uma onda bidimensional, análoga a uma onda plana, pode ser gerada em uma cuba de 
ondas por uma placa que oscila para cima e para baixo, produzindo frentes de onda que são linhas 
retas. 
Esse experimento demonstra de maneira clara e perfeita os tipos de ondas que podem existir 
em meios líquidos (ondas circulares e ondas retas), os tipos de interferência que uma onda pode 
sofrer: reflexão e difração (demonstração da capacidade da onda em contornar os obstáculos e 
demonstração do comportamento de uma fenda como fonte de ondas) [2]. 
 
3.0 FUNDAMENTOS TEÓRICOS 
 
As ondas produzidas são denominadas ondas periódicas. E quantidade de vezes que este 
movimento se repete na unidade de tempo é a freqüência, f. 
Como conseqüência das definições de período e freqüência tem-se que a freqüência é o 
inverso do período e vice-versa: 
 
f= 1/ T ou T = 1/f 
 
Unidade de freqüência no SI 
U (f) = 1 ciclo / s = 1 hertz (1 Hz) 
 A velocidade v da frente de onda é constante para cada meio e é dada pelo produto da 
freqüência, f, e pelo comprimento de onda, ou seja: 
V = f .O 
 
Ao gerarmos uma perturbação num meio líquido, a sua superfície livre se ondula e se 
propaga ao longo do plano determinado por ela. Os raios luminosos, provenientes da lâmpada, ao 
encontrar uma superfície curva irão convergir ou divergir nestas lentes formadas pelas cristas e 
ventre da onda que se propaga na água. As cristas funcionam como lentes convergentes, gerando as 
regiões claras, enquanto que os vales como lentes divergentes, gerando as regiões escuras, quando 
projetadas em um anteparo. O comprimento da onda Ȝ é dado pela distância entre dois pontos claros 
(ou escuros). 
 
identificar o que? do que? como?
A
o trema foi abolido!!
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4.0 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
Foi realizada uma aula demonstrativa a qual foram utilizados os seguintes materiais, uma 
cuba de ondas para retroprojetor CIDEPE, anteparos de metal, um gerador de abalos e um conta 
gotas. Como é demonstrado na Figura 1 abaixo: 
 
 
Figura 1 ± Montagem de uma cuba de ondas 
 
Num primeiro momento foi analisado o comportamento das ondas na superfície da água ao 
deixar cair uma gota de água, e depois compassadamente, outras gotas foram liberadas. 
Em seguida observou-se o que acontece quando se tem uma fonte vibrando a uma 
determinada freqüência e amplitude, nos quatro casos: sem anteparo, com anteparo, com anteparo 
formando um ângulo de aproximadamente 45º com a origem, e por fim, com um anteparo com um 
formato semicircular. 
A próxima propriedade a ser analisada foi à difração. Com uma freqüência máxima mudou-se 
a distância entre dois anteparos, primeiro d>5 cm, depois d<0.5 cm. Em seguida o tamanho da fenda 
permaneceu fixo (d= 3 cm) e variou-se a freqüência das ondas incidentes. 
Por ultimo foi analisada interferência construtiva e destrutiva do movimento ondulatório 
quando a freqüência é ajustada para seu valor máximo e são ligadas duas fontes na cuba de ondas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5.0 RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
1- Inicialmente vamos deixar cair uma gota de água, sobre a superfície da água na cuba, e 
depois compassadamente, outras gotas serão liberadas. Como essas ondas na superfície da 
água estão relacionadas à música e ao som? 
 
Resposta: Em todos os três casos, a ondas após incidir num meio de características 
diferentes ela reflete e volta a se propagar no meio inicial, interferindo construtiva ou 
destrutivamente nas ondas incidentes. A diferença é quanto à dimensão de propagação, as 
ondas na superfície da água se propagam em todas as direções dessa superfície e o som e a 
música se propagam nas direções do espaço. 
 
2- Como você determinaria a velocidade da onda nesse meio? 
 
Resposta: A velocidade é dada pelo produto da freqüência, f, pelo comprimento de onda, ou 
seja, V = f.O. Portanto, como o valor a freqüência é fixo, é necessário encontrar o 
comprimento de ondas que é dado pela distância entre dois pontos claros (ou escuros). 
 
3- Qual é o tipo de frente de ondas que são produzidos pelas gotas que caem na superfície da 
água? Por que que elas possuem essa forma e não outra forma? 
 
Resposta: Uma perturbação devido a um choque puntiforme causa uma propagação de onda 
circular. Essa é onda, do tipo circular, pois se movimenta apenas na superfície da água. 
 
4- Agora teremos uma fonte vibrando a uma determinada freqüência e amplitude. Veja nas 
figuras abaixo: 
a) Qual é o ângulo de propagação das frentes de ondas na situação em que não há nenhum 
obstáculo? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2- Esquema de frentes de ondas sem obstáculo. 
 
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Resposta: Quando a onda está propagando sem nenhum obstáculo o ângulo de 
propagação (no sentido de cima para baixo) é de 
 
b) O que você observa quando é colocado um anteparo? Coloque no seu esboço onde está 
localizado a origem das ondas e o ponto de origem virtual das ondas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3 ± Esquema de frentes de ondas quando um obstáculoé inserido. 
 
Resposta: Observa-se que as ondas refletem ao encontrar um obstáculo, e ao incidirem 
podem causar interferências construtivas ou destrutivas. 
 
c) $JRUD�R�TXH�RFRUUH�TXDQGR�HVVH�REVWiFXOR� IRUPD�XP�kQJXOR�Į=45°. Há alguma região 
em que as ondas são estacionárias? O que é a separação entre as linhas claras e 
escuras na onda estacionária? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4 - Esquema de frentes de ondas quando um obstáculo inclinado com Į=45° é inserido. 
 
Resposta: Sim, já que a superposição das ondas incidentes e refletidas dá origem a uma 
interferência denominada onda estacionária. A separação entre as linhas claras e 
escuras na onda estacionária é chamada de nó. 
 
5- Agora colocamos um refletor curvado. O que você observa? Faça o esboço do que você 
visualiza. 
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Figura 5 ± Esquema de frentes de ondas quando um refletor curvado é inserido. 
 
Resposta: Observa-se que a onda ao refletir adquire o formato do obstáculo encontrado, 
pode-se dizer ainda que a onda converge naquele ponto. 
 
6- Agora vamos estudar difração. A freqüência nesse caso será ajustada para seu valor máximo. 
Vamos inicialmente colocar dois anteparos separados por: a) uma distância maior que 5 cm e 
b) uma distância menor que 0.5cm. Em que situação a fenda se comporta próximo de uma 
fonte pontual? Em que situação a fenda se comporta como uma fonte de ondas planas? c) 
Agora a fenda terá uma distância de 3 cm, e vamos variar a freqüência das ondas incidentes. 
Pergunta-se qual a freqüência (alta ou baixa) que faz com que as ondas de espalhem mais 
DR� SDVVDU� SHOD� IHQGD"� G�� 4XDQGR� GL]HPRV� ³ODUJR´� H� ³HVWUHLWR´� SDUD� GLVWLQJXLU� GRLV�
comportamento nas situações a) e b), que tamanhos estamos comparando a ele? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 6 ± a) d>5 cm ³)HQGD�ODUJD´ Figura 7 ± b) d<0.5 cm ³)HQGD�HVWUHLWD´ 
 
Resposta: a) Quando a distância é > 5 cm, comporta-se como fonte de ondas planas. 
b) Quando a distância é menor que 0.5cm a fenda comporta-se como uma fonte pontual. 
c) Quanto menor é o comprimento de onda, mais baixa será a freqüência, logo maior será a 
difração. 
d) Os tamanhos de referência são o comprimento de onda e o tamanho da fenda. 
 
7- Para finalizar nosso experimento vamos agora estudar a interferência de duas fontes. A 
freqüência é ajustada para seu valor máximo. Faça o esboço do que é observado. Anote no 
converge para o foco, e este foco passa a comportar-se como fonte.
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desenho com um C o lugar em que é observada uma região Construtiva e com um D em que 
é observada uma região DesWUXWLYD��$�GLIHUHQoD�GR�FDPLQKR�SHUFRUULGR�¨/�p�D�GLIHUHQoD�QD�
GLVWkQFLD�GH�XP�SRQWR�TXDOTXHU�DWp�FDGD�XPD�GDV� IRQWHV��D��2�TXH�p�¨/�DR� ORQJR�GD� OLQKD�
SRQWLOKDGD"�E��2�TXH�GHYH�VHU�¨/��HP�WHUPRV�GH�FRPSULPHQWR�GH�RQGD��SDUD�D�LQWHUIHUrQFLD�
construtiva? ColRTXH�QR�VHX�HVERoR�TXDO�GHYH�VHU�R�¨/�DSURSULDGR�SDUD�FDGD�UHJLmR�&��)DoD�
o mesmo para a região D. c) O que acontece nas regiões C e D e por quê? Em particular o 
que ocorre quando a fase é 180°? 
 
Figura 8 ± Interferência de duas fontes 
 
Resposta: Nos pontos onde as cristas de cada fonte se superpõem, há uma interferência 
construtiva. Nestes pontos, os percursos das ondas, medidos a partir de cada fonte, ou têm o 
mesmo comprimento ou diferem por um número inteiro de comprimentos de onda. As retas 
tracejadas mostram os pontos eqüidistantes das fontes ou aqueles onde a diferença de 
percurso é de um, ou dois ou mais comprimentos de onda. Entre cada par de máximos de 
interferência sucessivos, há um mínimo de interferência, onde a diferença de percurso é 
numero impar de meio comprimento de onda. As retas sobre as quais as ondas se cancelam 
mutuamente são retas nodais. 
Supõe-se que fontes estejam com 180º de diferença de fase. Nos pontos em que a 
diferença de percurso é um número inteiro de comprimentos de onda, a interferência é 
destrutiva, pois as ondas tinham a diferença de fase inicial 180°. Nos pontos onde a diferença 
de percurso é de número ímpar de comprimento de onda, as ondas estão em fase, em virtude 
da diferença de fase inicial de 180° [3]. 
 
 
 
 
 
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6.0 CONCLUSÕES 
 
 Portanto pode concluir que as frentes de ondas provocadas por uma fonte em uma 
cuba de água têm um comportamento análogo ao de raios de luz. Ou seja, apresentam as 
mesmas propriedades, tais como a reflexão e difração. 
 Não importa qual o tipo de onda mecânica, todas refletem ao encontrar um obstáculo 
e ao incidirem formam interferências construtivas ou destrutivas. Em um sistema com duas 
fontes, a interferência é construtiva quando as ondas se propagam ao longo de trajetórias 
idênticas até um ponto qualquer, logo estão em fase. Então quando a diferença entre os 
percursos significa que as ondas podem não estar em fase nesse mesmo ponto, logo se 
denomina interferência destrutiva. 
 Essa parte do experimento a qual foi analisada a interferência de duas fontes, gerou 
discussão durante a aula demonstrativa, já que foi difícil ver através da imagem exibida pelo 
retroprojetor as regiões construtivas e as destrutivas. Porém ao estudar a teoria tornou-se 
possível uma melhor compreensão. 
 
7.0 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
[1] BERTULANI, C.A. Movimento Ondulatório. Disponível 
em:<http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas1/ondulatorio.html> Acesso em: 17 de novembro 
de 2010 
 
[2] LUNAZZI, J.J. Cuba de ondas. Disponível em: 
<http://www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/F809_sem2_2004/01
1863Marcosp-RichardLanders_RF.pdf> Acesso em 18 de novembro de 2010. 
 
[3] TIPLER, P. A., Física para Cientistas e Engenheiros, Vol. 1, 4a ed., Rio de Janeiro, 
Livros Técnicos e Científicos Editora, 2000.