Relatório 4 ondas 2016.1

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FACULDADE PARAÍSO DO CEARÁ
CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL- MANHÃ
PROFESSOR: AKIRO MENEZES CHIKUSHI
 
 
 
Debora Janaina de Oliveira Alencar
Paulo César de Oliveira Júnior
Suyeffanny da Silva Moura
Thaís Carolinne do Nascimento
Wiarlley Alves Pereira
 
JUAZEIRO DO NORTE- CE
MAIO-2016
Debora Janaina de Oliveira Alencar
Paulo César de Oliveira Júnior
Suyeffanny da Silva Moura
Thaís Carolinne do Nascimento
Wiarlley Alves Pereira
ONDAS
Relatório entregue como requisito parcial de avaliação da disciplina de Física Geral e Experimental II do curso de Engenharia Civil da Faculdade Paraíso - FAPCE.
Prof. Akiro Meneses Chikushi
JUAZEIRO DO NORTE/CE
2016
Sumário 
Referencial teórico................................................................................04
Ondas transversais e longitudinais
Objetivos..........................................................................................08
Metodologia.....................................................................................09
Resultados e Conclusões..................................................................10
Anexos.............................................................................................11
Onda estacionária
Objetivos..........................................................................................12
Metodologia.....................................................................................13
Resultados e Conclusões..................................................................14
Anexos.............................................................................................15
Onda estacionária de tubo acústico
Objetivos..........................................................................................16
Metodologia.....................................................................................17
Resultados e Conclusões..................................................................18
Anexos.............................................................................................19
Bibliografia...........................................................................................20
Referencial teórico
Ondas
	Compondo um dos principais campos de estudo da física, a onda é um pulso energético que se propaga através do espaço ou um meio sólido, líquido, ou gasoso. As ondas podem ser classificadas em três tipos:
Ondas mecânicas: São governadas pelas leis de Newton e existem apenas em meios materiais como ar, água e rochas.
Ondas eletromagnéticas: Não precisam de um meio material para existir. Todas elas se propagam no vácuo com a mesma velocidade c = 299.792.458 m/s.
Ondas de matéria: Estão associadas a elétrons, prótons e outras partículas elementares, envolvendo também átomos e moléculas.
	As ondas também podem ser classificadas em unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais, se propagando em uma, duas e três direções respectivamente, além de serem classificadas quanto à direção da vibração, consistindo em transversais e longitudinais.
Ondas transversais e longitudinais
	As ondas longitudinais são aquelas em que a direção da vibração é a mesma da propagação, é o caso de ondas sonoras. Já nas ondas transversais a direção da vibração ocorre perpendicularmente à direção da propagação da onda, como ondas em uma corda e onda eletromagnéticas.
Figura 1 – Ondas transversais e longitudinais.
	Há também casos de ondas que vibram longitudinalmente e transversalmente ao mesmo tempo, sendo denominadas de ondas mistas. Tanto as ondas transversais como as longitudinais são chamadas de ondas progressivas quando se propagam de um lugar para outro, como no caso de ondas na corda. 
Reflexão de um pulso em uma corda
	Ocorre quando uma onda se propaga em um meio até atingir uma extremidade, retornando para o meio em que estava se propagando. Se a extremidade for fixa, o pulso sofre reflexão com inversão de fase, mantendo todas as outras características. Se a extremidade for livre o pulso atinge o anel e é refletido em direção da aplicação, mas com sentido inverso.
Refração de um pulso em uma corda
	Quando uma onda passa de um meio para outro de características distintas, tendo sua direção desviada. Sua frequência não se modifica, mas sua velocidade e comprimento de ondas podem se modificar. 
Princípio da superposição
	Quando suas ondas se propagam simultaneamente em um meio elas atingem um ponto P no mesmo instante, causando nesse ponto uma perturbação que é igual à soma das perturbações que cada onda causaria se tivesse atingido individualmente, ou seja, a onda resultante é igual à soma algébrica das ondas que cada uma produziria individualmente no ponto P, no instante considerado, podendo também ser subtraídos caso de propagação com deslocamento invertido.
Ondas estacionárias
	Quando uma onda se propaga para a esquerda e chega a extremidade, ela é refletida para a direita, encontrando ondas que se propagam para a esquerda, essas ondas superpostas interferem entre si, produzindo as ondas estacionárias, com nós onde o deslocamento é nulo e grandes antinós, também chamados de ventres, onde o deslocamento é máximo. 
	Dessa forma, uma onda estacionária é gerada quando existe ressonância e que a corda ressoa em determinadas frequências, conhecidas como frequências de ressonância.
 
Figura 2 – Ondas estacionárias.
Tubos sonoros
	 Assim como as cordas ou molas, o ar ou gás contido dentro de um tubo pode vibrar com frequências sonoras. Os tubos são classificados como abertos e fechados, sendo os tubos abertos àqueles que têm as duas extremidades abertas (sendo uma delas próxima à embocadura) e os tubos fechados que são os que têm uma extremidade aberta (próxima à embocadura) e outra fechada.
	As vibrações das colunas gasosas podem ser estudadas como ondas estacionárias resultantes da interferência do som enviado na embocadura com o som refletido na outra extremidade do tubo.
	Em uma extremidade aberta o som reflete-se em fase, formando um ventre (interferência construtiva) e em uma extremidade fechada ocorre reflexão com inversão de fase, formando-se um nó de deslocamento (interferência destrutiva).
 
Tubos abertos
 	Em determinados tubos de comprimento L, as ondas se propagam com uma velocidade V. Assim, as possíveis configurações de ondas estacionárias são representadas conforme a figura 3.
Figura 3 – Configurações de ondas estacionárias em tubo sonoro aberto.
	As fórmulas podem ser generalizadas de modo a se obter:
onde n = 1, 2, 3...
Tubos fechados
	Para um tubo fechado de comprimento L e velocidade de propagação V, as ondas estacionárias apresentam as possíveis configurações conforme a figura 4.
Figura 4 – Configurações de ondas estacionárias em tubo sonoro fechado.
	Obtendo-se as fórmulas:
Ondas transversais e longitudinais
Objetivos
	Produzir e analisar ondas transversais e longitudinais em laboratório com o auxílio de uma mola.
Metodologia 
	Na prática duas pessoas seguravam uma mola aplicando-se uma força na horizontal de modo a produzir uma onda e balançar o braço formando outro tipo de onda.
	Em todos os casos eram observados o pulsos gerados pelo movimento, de modo a criar tipos diferentes de ondas, bem como os fenômenos que ocorriam ao se gerar mais pulsos e quando estes chegavam às extremidades da mola.
Resultados e Conclusões
	Verificou-se que ao criar uma movimentação horizontalmente produzia-se uma onda longitudinal, sendo observado que a vibração seguia a direção da propagação. Por outro lado, ao balançar o braço, criava-se uma vibração perpendicular à direção de propagação, neste caso, consistindo em uma onda transversal.
	Alcançado os objetivos da prática, conclui-se que esta foi satisfatória, atendendo a proposta,de modo a analisar ondas longitudinais e transversais.
Anexos
Ondas estacionárias
Objetivos
	Estudar e verificar uma onda estacionária, tendo em vista o número de nós produzidos e a frequência de ressonância.
Metodologia
	Os materiais utilizados na prática envolvem um conjunto de ondas mecânicas, com mola e o gerador de impulsos mecânicos.
	Com o equipamento montado, aplicava-se uma frequência de modo a provocar a ressonância do sistema, formando-se nós. Foram anotados dados como a frequência de ressonância, comprimento da mola e números de nós formados. 
	Frequência (Hz)
	Comprimento da mola (m)
	Número de nós
	55
	0,65
	6
Tabela 1 – Dados obtidos na prática.
	Assim, com a vibração da corda, existem seis pontos onde o deslocamento é nulo, o que por sua vez produz cinco ventres. Com estes dados é possível calcular o comprimento da onda.
 = 
	
	
Resultados e Conclusões
	Por meio da análise do sistema, é possível constatar que os resultados obtidos são coerentes, visto que a distância entre dois nós consecutivos corresponde a meio comprimento da onda, ou seja, 0,13 m, já que o comprimento da onde é de 0,26 m, como foram observados seis nós, então existem cinco distâncias entre nós que resultam no comprimento total da mola que é de 0,65 m.
	Por tudo isso, conclui-se que a prática foi satisfatória, cumprindo a atividade proposta e havendo conformidade nos cálculos realizados.
Anexos
Onda estacionária de tubo acústico
Objetivos
	Estudar e verificar uma onda estacionária em tubo acústico utilizando areia fina para melhor visualização dos fenômenos que envolvem esta onda.
Metodologia
	Os procedimentos práticos envolveram a utilização de um tubo acústico, um gerador de sinais e areia fina para permitir a visualização dos nós formados ao se atingir à correta frequência. 
	Após ligar o gerador de sinais, foi ajustada a frequência até se encontrar a de ressonância para o tubo, os quais estavam conectados pela extremidade aberta e a outra estando fechada. Então a areia colocada dentro do tubo passou a se movimentar formando regiões de acúmulo no tubo e regiões que não apresentavam vibração.
Resultado e Conclusões
	As ondas longitudinais formadas da vibração produzida pelo gerador se propagam no interior do tubo no sentido da vibração, sendo refletida na outra extremidade fechada. A interferência gerada entre a onda incidente e a refletida resulta em uma onda estacionária, de modo a produzir nós e antinós, cuja visualização era possível devido à movimentação produzida nos grãos de areia fina, pois a vibração era transmitida para a areia pelo ar contido dentro do tubo.
	Portanto, conclui-se que a prática foi satisfatória, sendo produzida e analisada uma onda estacionária de tubo acústico segundo o que foi proposto.
Anexos
Bibliografia
ALFA CONNECTION. Fontes sonoras. 2016. Alfaconnection. Disponível em: <http://www.alfaconnection.pro.br/ondas/som/fontes-sonoras/>. Acesso em: 30 maio 2016.
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos da Física: gravitação, ondas e termodinâmica. 9. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. 
SÓ FÍSICA. Ondulatória. 2016. Só física. Disponível em: <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Acustica/tubos.php>. Acesso em: 30 maio 2016.
UNIVERSIDADE DE MESSINA. Ondas. 2016. Unime. Disponível em: <http://ww2.unime.it/weblab/awardarchivio/ondulatoria/ondas.htm>. Acesso em: 30 maio 2016.