ONDAS BIDIMENSIONAIS - roteiro de experimento

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FLUIDOS E O. EXPERIMENTAL – EXP. 5: ONDAS BIDIMENSIONAIS EM UM LÍQUIDO 1 
 
 
 
 
1.1. Introdução 
 
 
Fig. 1: Onda bidimensional na superfície da água formada 
devido à queda de uma pedra na superfície do líquido. 
 
 Imagine que você deixe cair uma pedrinha 
nas águas de um lago calmo. Como resultado, você 
observaria a formação de um padrão ondulatório 
bidimensional de acordo com o mostrado na Fig. 1. 
Da mesma forma como em uma onda sendo 
transmitida em uma corda, se o comprimento de 
onda vale 𝜆 e a as oscilações são produzidas com 
frequência 𝑓, a seguinte relação é válida: 
𝑣 = 𝜆𝑓 (1) 
Princípio de Huygens – para ondas bi e 
tridimensionais, define-se frente de onda como o 
conjunto de todos os pontos do meio que, em 
determinado instante, são atingidos pela onda que 
se propaga. Esta frente de onda separa a região 
perturbada da região ainda não perturbada. De 
acordo com este princípio, cada ponto da frente de 
onda pode ser considerado uma fonte de ondas 
secundárias, as quais se propagam em todas as 
direções com velocidade de propagação igual à 
velocidade da onda principal. 
 
1 Versão 01/2017. Elaborada por: Tiago Castro 
 
Fig. 2: Ilustração do princípio de Huygens mostra os pontos 
de uma onda em A como sendo fontes de onda secundária 
em A’. 
 
Difração de uma onda bidimensional – é a 
distorção sofrida por uma onda devido a passagem 
por um obstáculo (pequeno objeto ou fenda). Tanto 
ondas mecânicas como ondas eletromagnéticas (luz 
visível, micro-ondas, raios-X, etc.) podem sofrer 
difração. No experimento de hoje iremos estudar a 
difração de uma onda bidimensional na superfície da 
água. Para isso, produziremos uma onda plana em 
uma das regiões da cuba de ondas e iremos obstruir 
a sua passa para outra região através de duas 
lâminas dispostas de forma a formar uma abertura 
entre elas. Quando a dimensão da abertura é da 
ordem do comprimento de onda da onda plana, esta 
contorna as bordas das lâminas de forma que a 
fenda se torna uma fonte de uma onda secundária 
que se propaga em todas as direções. 
 
EXPERIMENTO 5: ONDAS BIDIMENSIONAIS EM UM LÍQUIDO1 
 
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Fig. 3: Ilustração da difração de uma onda bidimensional 
pelo orifício de uma fenda estreita. 
 
Interferência de ondas bidimensionais – caso 
uma onda bidimensional encontre duas ou mais 
aberturas em um anteparo colocado no caminho das 
frentes de onda, essas fendas se tornarão fontes de 
ondas secundárias, as quais poderão interferir entre 
si formando um padrão de interferência. Isso ocorre 
porque em certos pontos do líquido mínimos e 
máximos de intensidade se sobrepõe, ora 
destruindo-se completamente, ora ampliando a 
intensidade das oscilações da superfície da água. 
 
 
 
Fig. 3: Ilustração do padrão de interferência obtido pela 
passagem de ondas bidimensionais por duas fendas 
estreitas. 
 
1.2.Objetivo 
 
Estudar experimentalmente a propagação de 
ondas bidimensionais na superfície da água 
utilizando uma cuba de ondas com luz 
estroboscópica. 
 
1.3.Material 
 
 
 
Fig. 3 – Kit experimental composto por cuba de ondas, 
gerador de abalos e luz estroboscópica. 
 
 Mesa de sustentação com hastes e 
dispositivo de iluminação e tanque 
projetável; 
 Ponteiras; 
 Gerador de abalos; 
 Conta-gotas; 
 Escala projetável; 
 Régua de 500 mm; 
 225 ml de água com uma gota de 
detergente tensoativo biodegradável; 
 Fita adesiva; 
 
 
 
 
 
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1.4. Parte I – Determinação da velocidade de 
propagação da onda no líquido 
 
1. Primeiramente, coloque a solução de água com 
detergente na cuba. 
2. Coloque a escala projetável entre o tanque e a 
superfície de apoio da cuba. 
3. Acople a ponteira esférica ao gerador de abalos e 
ajuste para tocar levemente sobre a superfície 
líquida. 
4. Ligue o gerador de abalos em uma frequência e 
em uma amplitude média. Descreva o tipo e o 
formato das ondas produzidas. 
5. Desenhe ou fotografe o padrão ondulatório 
produzido. 
6. Determine o comprimento de onda 𝜆 do padrão 
ondulatório produzido. 
 7. Com os valores de frequência 𝑓 e de 𝜆 , 
determine a velocidade de propagação da frente de 
onda, em 𝑚/𝑠. 
8. Pesquise quais fatores são determinantes em 
relação à velocidade de propagação das ondas 
bidimensionais na superfície de um meio líquido. 
9. O que ocorre com 𝜆 à medida que a frequência 
dos abalos aumenta? A velocidade de propagação 
se altera? 
1.5. Parte II – Difração de uma onda 
bidimensional 
 
10. Acople a ponteira reta ao gerador de abalos e a 
ajuste para tocar levemente sobre a superfície 
líquida. 
11. Posicione uma barreira média a 
aproximadamente 50 mm da ponteira reta. 
12. Ligue o gerador de abalos em baixa frequência 
e média amplitude. 
13. Fotografe o padrão observado. 
14. Estime o valor do comprimento de onda gerado. 
15. Posicione a segunda barreira ao lado da primeira 
de forma que a fenda entre elas tenha uma abertura 
de 10 mm. 
16. Ligue o gerador de abalos configurado 
previamente com a mesma frequência da onda 
gerada. Aumente gradativamente a frequência da 
onda gerada. 
17. O que ocorre com a frente de onda em uma 
fenda de dimensões fixas ao elevar a frequência? 
18. O que ocorre quando a frequência é diminuída? 
19. Mantendo a largura da fenda, escolha uma 
frequência em que a difração se torne bem visível. 
Com a frequência fixa, aumente a fenda de 5 em 5 
mm e comente o observado com a difração. 
Fotografe os padrões observados e os inclua em seu 
relatório. 
1.6. Parte III – Interferência com ondas 
bidimensionais 
 
20. Nesta parte do experimento também iremos 
utilizar a ponteira reta acoplada ao gerador de 
abalos. 
21. Posicione duas barreiras médias e uma barreira 
pequena de modo a formar duas fendas com 
abertura de 10 mm cada. Mantenha este obstáculo 
a 50 mm do gerador de abalos. 
22. Gire o gerador de abalos e ajuste a frequência 
de modo a obter a difração em cada fenda. 
23. Fotografe o padrão observado. 
24. Descreva a forma das frentes de onda após a 
passagem pelas fendas. 
25. O que ocorre quando as ondas geradas pelas 
duas fontes coerentes se encontram? 
26. Identifique no padrão observado os pontos de 
interferência construtiva e interferência 
destrutiva. Ao redigir o relatório, indique essas 
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regiões nas fotografias que você obteve do 
experimento. 
27. Como se formam as regiões de interferência 
construtiva? Quais as condições necessárias para 
que isso ocorra? 
28. Como se formam as regiões de interferência 
destrutiva? 
 
1.7. Referências: 
 
1. L.A.M. Ramos, Livro de atividades experimentais, 
CIDEPE, 2015. 
2. Resnick, R.; Halliday, D.; Walker, J. Fundamentos de 
física: gravitação, ondas e termodinâmica. 8 ed. Rio de 
Janeiro: LTC, 2009. Vol 2.