Ondas Mecânicas

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FACULDADE ESTÁCIO VITÓRIA - FESV 
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO E CIVIL
FILIPE 
GUILHERME 
LUCAS 
RAQUEL 
 
AS ONDAS MECÂNICAS TRANSVERSAIS E LONGITUDINAIS
VITÓRIA
2017.2
AS ONDAS MECÂNICAS TRANSVERSAIS E LONGITUDINAIS
TRANSVERSE AND LONGITUDINAL MECHANICAL WAVES
Filipe 
Guilherme 
Lucas 
Raquel 
Jean Silva Moreira
Resumo: Este experimento tem como objetivo comparar e diferenciar as ondas transversais e as ondas longitudinais, posteriormente identificar e/ou descrever os elementos de uma onda: nós, vales, cristas, comprimento de onda, frequência e amplitude. Analisar a influência da tensão na formação de ondas nas cordas vibrantes e, consequentemente, a reflexão e interferências. Assim sendo, com os parâmetros exigidos anteriormente calcula-se a velocidade de propagação de uma onda em um fio e como a densidade linear influe na formação de ondas em uma corda vibrante composta.
Palavras-chave: Ondas. Cordas Vibrantes. Velocidade.
Summary: This experiment aims to compare and differentiate as transverse waves and as longitudinal waves, identified and / or describe the elements of a wave: nodes, valleys, crests, wavelength, frequency and amplitude. To analyze an influence of the tension in the formation of waves in the vibrating strings and, consequently, a reflection and interferences. Thus, with the demanding parameters, a propagation speed of a wave in a wire is calculated and as a linear inflation density in the formation of waves in a composite vibrating string.
Keywords: Waves. Vibrant Strings. Speed.
1 INTRODUÇÃO
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 regidas pelas leis de Newton e existem apenas em meios materiais, como exemplo o ar, água e rochas.
• Ondas eletromagnéticas: não precisam de um meio material para existir. Todas elas se propagam no vácuo com a mesma velocidade = 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. 
	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
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.
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 o fenômeno das 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
Das cordas se obtém a densidade linear, considerando uma corda de massa m e comprimento L, que é a razão desses respectivos elementos:
δ = m/L
A velocidade de propagação da onda numa corda é determinada através da distância de um comprimento de onda (λ) num intervalo de tempo igual a um período (T)
V = λ/T ou V = λ.f
2 – materiais e métodos
2.1 MATERIAIS UTILIZADOS
01 transdutor eletromagnético de deslocamento vertical (Figura 3);
01 haste longa com fixador métrico;
01 sistema conversor da direção do abalo com anel de transmissão;
01 alinhador em aço com dois manípulos;
01 (corda) fio de prova de linha azul (A);
01 (corda) fio de prova de elástico (B);
01 (corda) fio de prova composta A e B;
01 cabo de força;
01 balança de precisão;
01 escala milimetrada retrátil;
 Figura 3
2.2 METODOLOGIA
Para este experimento foram realizadas três comparações, conforme descritas a seguir:
• A onda estacionária na corda A, sem tensiômetro:
Foi feito a montagem do sistema, fixando a corda A no transdutor eletromagnético de deslocamento vertical. Ligou-se o gerador de abalos e realizamos o ajuste da frequência de vibração da corda até se observar algum ponto em repouso enquanto outras partes da corda fiquem vibrando. Logo em seguida, aumentou-se gradualmente a amplitude até que a onda na corda tornasse visível.
• A onda estacionária nas cordas A e B, sem tensiômetro:
Foi realizado o mesmo teste que o anterior nas cordas A e B, e posteriormente determinado a densidade linear das cordas com o auxílio da balança de precisão e da escala milimetrada retrátil. Foram anotados os valores de frequência, do comprimento das cordas e as quantidades de nós e ventres formados em toda a extensão das cordas.
• A onda estacionária na corda composta, sem tensiômetro:
Realizado novamente o mesmo teste anterior na corda composta, porém comparando o comprimento de onda e a amplitude dos ventres formados em cada uma das porções de corda e depois invertendo a sua posição.
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
A partir da primeira comparação pudemos observar a formação de 3 nós e 2 ventres na geração de ondas na corda A através do equipamento na frequência de 60Hz, isso ocorre pelo fato de as ondas não serem corpos em movimento, mas deformações que se propagam em um meio, sendo assim elas podem atravessar a mesma região ao mesmo tempo formando nós e ventres.
A distância entre dois nós ou cristas (ventres) representa um meio comprimento de onda, sendo que na corda A obteve-se 2 meios comprimentos de onda ou 1 comprimento de onda completo, o qual foi medido pela escala milimetrada encontrando o valor de λ = 58cm. Pela expressão fundamental do movimento ondulatório encontrou-se a velocidade de propagação da onda na corda A:
V = λ/T → V = 0,58.60 → V = 34,8 m/s.
Na segunda comparação foi determinado a densidade linear das cordas A e B:
δA = 0,5.10-3 Kg/m δB = 3,1.10-3 Kg/m
E em seguida foi gerado ondas na corda B no transdutor eletromagnético, obtendo-se 3 ventres e 6 nós, ou seja, 3 meios comprimentos de onda. Através do aparelho e da escala registrou as seguintes medidas: λ = 0,58m e f = 52Hz.Com esses dados, a velocidade de propagação da onda na corda B é de V = 30,16 m/s. 
Conclui-se então que quanto menor a densidade linear da corda, maior é a formação de ondas nas cordas vibrantes. Podemos observar esse fenômeno com melhor clareza na terceira comparação.
Com a corda composta na terceira comparação e posicionada no gerador de abalos, observa-se que a amplitude e o comprimento de onda é maior na porção da corda mais leve, a menos densa (conforme Figura 4) mesmo invertendo a sua posição. 
Figura 4
4 CONCLUSÃO/CONSIDERAÇÕES FINAIS 
Após toda a observação, experimentos, coletas e análise de dados obtidos com este trabalho na prática em laboratório, foi possível assimilar as grandezas físicas como: comprimento de onda, período, frequência e velocidade. Todos estes diretamente conectados ao fenômeno das ondas estacionárias. Com os experimentos comprovou-se que, quanto maior o comprimento de onda menor a frequência. E quanto maior o comprimento de onda maior a velocidade de propagação na mesma frequência. Foi verificado também, como funciona uma onda transversal e longitudinal.
REFERÊNCIAS
MUNDO EDUCAÇÃO. Ondas Estacionárias. Disponível em: < http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/ondas-estacionarias.htm>.Acesso em 01 de Outubro de 2017.
COLÉGIO WEB. Ondas Longitudinais e Ondas Transversais. Disponível em: < https://www.colegioweb.com.br/nocoes-gerais-de-ondas/ondas-longitudinais-e-ondas-transversais.html>. Acesso em 01 de Outubro de 2017.
EXPLICATORIUM. Características das Ondas. Disponível em: < http://www.explicatorium.com/cfq-8/caracteristicas-das-ondas.html>. Acesso em 03 de Outubro de 2017.