Relatório III Ondas

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE 
RELATÓRIO EXPERIMENTAL III
OSCILAÇÕES E ONDAS – O QUE SÃO ONDAS?
PROFESSOR: Dionísio Carlos
DISCIPLINA: Física Elétrica, Ondas e Óptica
ALUNA: Tamires Ferreira Miranda de Souza
TURMA: GLI2AN-ESA
Belo Horizonte
Outubro/2015
Oscilações e Onda – O que são ondas?
Resumo
As ondas são perturbações que se propagam sem que haja transporte de matéria. A onda é energia em movimento, ou seja, uma perturbação propagada e que não deve ser confundida com o meio de propagação. A oscilação é definida pelo comprimento de onda. O tempo decorrido para uma oscilação é medido pelo período da onda, que é o inverso da sua frequência. 
As ondas podem ser classificadas segundo a natureza, o tipo de vibração e quanto à direção da propagação.
Quanto à natureza:
Ondas Mecânicas: Necessita de um meio natural para se propagar. Ex: ondas sonoras.
Ondas Eletromagnéticas: Não precisa de um meio natural para se propagar. Ex: raio-x, ondas de rádio, luz, etc.
Quanto à direção da vibração:
Ondas Transversais: Vibram perpendicularmente à propagação.
Ondas Longitudinais: Vibram de acordo com a propagação.
Quanto à direção da propagação:
Unidimensionais: Se propagam em apenas uma direção. Ex: onda de uma corda.
Bidimensionais: Se propagam em até duas direções. Ex: onda provocada pela queda de uma gota na água.
Tridimensionais: Se propagam em todas as direções. Ex: ondas sonoras.
Uma onda pode ser longitudinal quando a oscilação ocorre na direção da propagação, ou transversal quando a oscilação ocorre na direção perpendicular à direção de propagação da onda. Já as ondas estacionárias, são ondas resultantes da superposição de duas ondas de mesma frequência, mesma amplitude, mesmo comprimento de onda, mesma direção e sentidos opostos. (...) Ao caracterizar uma onda são importantes três características físicas: a velocidade de propagação da onda, a qual depende exclusivamente das propriedades físicas do meio, e outros dois parâmetros relacionados com a periodicidade da onda, tanto espaciais como temporais chamados de comprimento de onda e frequência. (HALLIDAY, 2003).
Introdução
O experimento foi realizado pelo Físico e Professor Cláudio Furukawa. Físico do Instituto de Física da USP, que trabalha em laboratórios didáticos e possui experiência nas áreas de Ensino Experimental de Física e de Energia, e tem como objetivo abordar o tema Ondas e Movimento Ondulatório que está sendo estudado na disciplina. Nos vídeos Oscilações e Ondas – Tema 7 – O que são ondas – Experimento: Ondas numa corda tensionada, Oscilações e Ondas – Tema 7 – O que são ondas – Experimento: Mola slinky: ondas transversais e longitudinais, Oscilações e Ondas – Tema 7 – O que são ondas – Experimento Ondas: o que são e como se propagam na água e Oscilações e Ondas – Tema 7 – O que são ondas – Experimento: o que são ondas? foram apresentados exemplos de ondas em certo materiais, exemplificando formas e direções de movimentos ondulatórios com a analise dos experimento.
Metodologia 
Corda tensionada de um violão
Mola slinky - mola comprida, do tipo elicoidal feita de aço
Cuba de ondas 
Reservatório de vidro com controlador de fluxo de gotejamento
Haste plana acoplada a um motor com frequência ajustada
Resultados
A partir dos experimentos realizados pelo Prof. Cláudio Furukawa, foram observados o seguinte: 
Experimento 49
Foi demonstrada a propagação de ondas a partir de uma corda tensionada em um violão, de acordo da afinação do mesmo. A afinação é controlada pelo ajuste - apertar ou folgar - as tarraxas no alto do “braço” do violão. Quando alteramos a tensão, alteramos também a velocidade v de propagação da onda. 
Experimento 50
Foi utilizada uma mola slinky que é uma mola comprida do tipo eliquidal feita de aço, em que pode se ver a formação de uma onda. Quando esticada sobre a mesa e sofre uma perturbação, a mola transmite esta perturbação através dela. Dependendo da perturbação efetuada sobre a corda, as ondas podem ser do tipo longitudinal ou transversal. Suas definições serão explicadas a seguir.
Experimento 51
Foi utilizado uma cuba de ondas e um reservatório de vidro com um controlador de fluxo de gotejamento, sendo possível ajustar a frequência de gotas que caem na superfície da água. Quanto maior é a frequência de quedas das gotas menor é o comprimento de onda para uma mesma velocidade de propagação dessas ondas.
Experimento 52
Foi utilizada uma cuba de ondas e uma haste plana acoplada a um motor com frequência ajustável. Ao colocar a haste acoplada a um motor com frequência variada para formação de ondas planas, elas transportam energia de vibração sem transporte de matéria. No experimento podemos observar que maior a frequência de agitação da haste, menor são os comprimentos de ondas formadas para uma mesma velocidade de propagação das ondas na água
Observando todos os experimentos envolvidos como formas de abordar o mesmo assunto, temos a seguir uma analise contextualizada:
As ondas transversais do tipo ondas harmônicas estacionárias são caracterizadas por uma grande amplitude de vibração, e é uma manifestação de ressonância da corda em relação à perturbação através de uma força externa. Este sistema possui diversas frequências de ressonância e esse é o tipo de onda que se propaga na corda de um violão. 
Segundo Halliday (2003), as ondas estacionárias são o resultado de uma sobreposição de ondas refletidas e transversais desde a extremidade do meio onde se propagou. Toda onda transversal propagada em uma corda, contém suas próprias características que são a sua velocidade, amplitude e frequência (f); e podem ser afetados pela constante que define a densidade linear da corda.
Sendo assim, temos por definição matemática:
Frequência f é diretamente proporcional a velocidade;
onde v é a velocidade da onda na corda, que é o resultado da raíz quadrada da divisão entre a tensão T e da densidade linear µ (mi) da corda, segundo a expressão:
 
A densidade linear µ é igual a sua massa divida pelo seu comprimento.
 
Como no violão todas as cordas tem o mesmo tamanho, quanto mais grossa e pesada for a corda, maior a sua densidade linear, menor a velocidade, e por tanto, menor a frequência. Pois a frequência f é diretamente proporcional a velocidade v. É por isso que as cordas mais grossas são mais graves e as mais finas, mais agudas. E porque a tensão é diretamente proporcional à velocidade e a frequência, quanto mais esticada a corda estiver, mais agudo será seu som. 
Uma onda longitudinal é quando o sentido de vibração da perturbação está na mesma direção de propagação da onda. O deslocamento dos átomos e moléculas é paralelo à direção do movimento da onda. Por se tratar de uma onda mecânica, ela pode se propagar em sólidos, líquidos e gases. As ondas sonoras são ondas longitudinais, isto é, são produzidos por uma sequência de pulsos longitudinais. 
As ondas dos tipos transversais são aquelas em que a direção de vibração é perpendicular à direção de propagação da onda. No experimento, por exemplo, bastou ser dado com a mão na lateral da mola e a perturbação provocada se propagou através da mola com a direção de vibração perpendicular a direção de propagação da onda. 
Na mola, quando a perturbação é feita na direção perpendicular ao seu comprimento, no instante que essa onda transversal se reflete na outra extremidade, ela muda sua fase, ou seja, se antes da reflexão esta onda se propagava com o ventre do lado esquerdo, após a reflexão, ela retorna com o ventre do lado direito. E vice-e-versa.
Quando a haste toca a superfície da água com uma haste, são geradas ondas planas. Pulso é uma onda de pequena duração. O movimento do pulso plano é tal que se mantém paralelo à linha que indica a sua posição original. A onda, do tipo circular, movimenta-se apenas na superfície da água, sem que haja transporte de matéria. A direção de propagação é radial e o sentido é de dentro para fora do círculo.
Num intervalede tempo t, o gerador de pulsos emite uma quantidade de pulsos sucessivos. A repetição desses movimentos se denomina periódico, e o intervalo de tempo, período. As ondas assim produzidas são denominadas ondas periódicas.
Uma perturbação no meio líquido pode originar ondas retilíneas ou circulares, dependendo da fonte de abalo. As ondas iniciam na origem da fonte de abalo e se estendem às extremidades do meio, mantendo o seu comprimento de onda.
De acordo com a intensidade da frequência, pode-se observar o comportamento do comprimento de onda. A frequência e o comprimento de onda são inversamente proporcionais, ou seja, quanto maior a frequência, menor o comprimento de ondas e quanto menor a frequência, maior comprimento de ondas. 
Sendo assim, matematicamente, temos:
 V = velocidade da onda
 f = frequência, 
 λ = comprimento de onda.
Discussão
Nos experimentos apresentados pelo Prof. Cláudio Furukawa, foi observado as diversas formas de apresentação do movimento ondulatório junto com suas características e propriedades. Dependo da maneira como a onda for iniciada, de como a perturbação afeta o meio, podemos observar o quão diferenciada pode ser sua propagação de energia cinética. Foi observado também, as ondas acústicas - quando há emissão de ondas sonoras – que são geradas pela vibração de um corpo capaz de ser percebida pelo ouvido humano. 
Conclusão
No estudo dos movimentos oscilatórios estão fundamentados alguns dos maiores avanços para a ciência, como a primeira medição com precisão da aceleração da gravidade, a comprovação científica da rotação da Terra, além de inúmeros benefícios tecnológicos, como a invenção dos primeiros relógios mecânicos.
Movimento ondulatório é o processo pelo que se propaga energia de um local a outro sem transferência de matéria, mediante ondas mecânicas ou eletromagnéticas. Podemos classificar como uma onda, qualquer perturbação ou vibração em um meio específico.
A onda não é capaz de se originar sozinha, visto que ela apenas faz a transferência de energia cinética de uma fonte. Portanto, fonte é o objeto ou meio capaz de criar uma onda. 
Um importante campo de estudo da Física, o movimento ondulatório nos permite entender a causa de uma corda do violão ter um som mais agudo ou mais grave ou porque quando jogamos uma pedra no rio, temos ondas radiais, por exemplo. Como é costume, a Física vem para conceituar experiências que vivemos em nosso cotidiano. 
Referência Bibliográfica
FURUKAWA, Cláudio. Oscilações e Ondas - Tema 7 - O que são ondas? Experimento: Ondas numa corda tensionada. Disponível em: http://eaulas.usp.br/portal/video.action?idItem=6601. Acesso em: 26 out. 2015.
FURUKAWA, Cláudio. Oscilações e Ondas - Tema 7 - O que são ondas? Experimento: Mola slinky - ondas transversais e longitudinais. Disponível em: http://eaulas.usp.br/portal/video.action?idItem=6602. Acesso em: 26 out. 2015.
FURUKAWA, Cláudio. Oscilações e Ondas - Tema 7 - O que são ondas? Experimento: Ondas - o que são e como se propagam na água. Disponível em: http://eaulas.usp.br/portal/video.action?idItem=6603. Acesso em: 26 out. 2015.
FURUKAWA, Cláudio. Oscilações e Ondas - Tema 7 – O que são ondas? Experimento: O que são ondas? Disponível em: http://eaulas.usp.br/portal/video.action?idItem=6604. Acesso em: 26 out. 2015.
HALLIDAY D., RESNICK R., KRANE S., Física vol. 3, LTC, Rio de Janeiro, 2000
FÍSICA, SÓ. Movimento Harmônico Simples – Movimento Periódico e Oscilatório. Disponível em: http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/MHS/movpereosc.php. Acesso em: 26 out. 2015. (Usado como referencial teórico.)