10º Física experimental Aretha, oscilações forçadas e ressonância

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INSTITUTO FEDERAL DE SERGIPE
CAMPUS ESTÂNCIA
ENGENHARIA CIVIL - BACHARELADO
RELATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL II
Oscilações forçadas e ressonância
Aretha Santos Oliveira Abreu
Estância – Sergipe
Novembro de 2017
Aretha Santos Oliveira Abreu
RELATÓRIO DE FÍSICA EXPERIMENTAL II
Oscilações forçadas e ressonância
Relatório apresentado à disciplina de Física Experimental II, como componente da avaliação parcial da Unidade II, sob a responsabilidade da docente MSc. Murilo Navarro.
Estância – Sergipe
Novembro de 2017
RESUMO
O relatório voltado a análise de pêndulos que foram estimulados por forças externas para fins de observação comportamental e estudos sobre o que ocorre, apenas foram utilizados quatro hastes de comprimento variado acoplados com pesos iguais colocados para oscilar de maneiras diferentes no intuito de verificar o que acontece e explicar o porquê dos valores de oscilação causados pela ressonância mostrados em uma tabela montada através de um procedimento que exigiu separar cada valor periódico das oscilações. 
Palavras-chave: Oscilações, pêndulos e periódico.
Introdução
No mundo das oscilações existem estudo que não são complexos e aqueles que apresentam uma extrema combinação de cálculos que chega a ser inviável uma solução analítica, com isso a ferramenta computacional torna um aparato essencial para a realização desses cálculos. Na física o estudo de movimentos períodos são importantes para entender os mecanismos principalmente do cotidiano, com as de instrumentos musicais de corda, brinquedos de molas e relógio pendulares, que executam movimentações periódicas com frequência relativa e estável até que forças dissipativas provoque mudança comportamental. Na área da mecânica quântica o oscilador harmônico quântico faz parte de um grupo pequeno que contém uma solução analítica. A ressonância é um dos fatores que acarreta na mudança de comportamento da oscilação graças ao poder de transformar duas frequências em apenas uma. 
As oscilações forçadas são provocadas por forças externas as quais executam um movimento periódico nas cordas ou pêndulos quando são movimentadas mantém um trabalho que abastece o oscilador de energia de movimentação o qual é conduzido pela ressonância, um fenômeno que faz com a frequência exibida pelas forças externas se iguale a frequência natural do que está sendo oscilado. O que pode ocorrer é que o sistema entre em colapso, pois acontece um aumento da amplitude do movimento oscilador.
Os conceitos matemáticos servem de alicerce para desenvolver o entendido dos ciclos e repetições infinitas dos movimentos oscilantes. Dada pelas equações abaixo:
Velocidade da onda: 
Onde v = velocidade de propagação da onda (m/s); = comprimento de onda (m) e f = frequência da onda. 
Período de oscilação: = 
Onde T = período de oscilação (s); f = frequência de oscilação (Hz); g = gravidade e l = comprimento de um fio ou barbante.
Frequência de oscilação: = 
Onde f = frequência da oscilação e o = frequência angular da oscilação (rad/s) 
Objetivos
Observar o comportamento oscilante dos movimentos dos pêndulos;
Entender como a ressonância funciona nesse mecanismo;
Aprender o que é uma oscilação forçada;
Relacionar os sistemas de frequência de oscilação com os comprimentos;
Enaltecer o rendimento sobre as equações explicativas dos movimentos;
Familiarizar o aluno com os fenômenos naturais que acarretam influência na exceção de uma obra;
Compreender que o fenômeno de ressonância pode alterar comportamentos de vários sistemas de pequenos e grandes portes;
Observar que tanto movimentos oscilantes forçados encontram uma frequência que se iguala em um determinado tempo
Fazer o que o aluno com ajuda desse experimento note que há uma relação importante entre as ondas que ocasiona mudança no comportamento do objetivo que irá compartilhar da mesmo frequência de ondas.
Materiais e metodologia 
Materiais:
Base de suporte regulável;
Varinha de suporte;
Grampo;
Pino de suporte;
Barbante;
Esferas;
Cronômetro;
Fita métrica.
Metodologia: 
Após a montagem dos instrumentos experimentais, foram medidos os comprimentos dos quatro barbantes, dois maiores e de mensuras iguais e dois menores e com mesma mensura, quais foram colocados na ordem dos dois maiores nas duas pontas, direita e esquerda e os menores no meio. Adiante disso foram colocadas forças que provocaram a oscilação dos barbantes maiores assim deu início a primeira observação do que acontece, apenas para entender o fenômeno de ressonância. 
Posteriormente foi colocado para oscilar apenas um dos barbantes maiores e com auxílio de um cronômetro foi marcado o tempo de dez oscilações para sabe a média de uma oscilação, repetiu-se esse processo mais duas vezes para obter o período de uma oscilação necessária para montar as tabelas, novamente foi feito o mesmo procedimento, mas feito com um dos barbantes menores. Assim foi feito a primeira parte para iniciar a montagem das tabelas e verificar o que realmente aconteceu.
Resultados
Tabelas
	Cálculos 
	Tempo (s)
	Tempo 01
	10,56
	Tempo 02
	10,50
	Tempo 03
	10,91
	Total 
	31,97
	Média dos tempos
	10,66
	Período = (média/10)
	1,066
Tabela 01 - Barbante maior
	Cálculos
	Tempo (s)
	Tempo 01
	9,44
	Tempo 02
	8,81
	Tempo 03
	8,57
	Total
	26,82
	Média dos tempos
	8,94
	Período = (média/10)
	0,894
Tabela 02 - Barbante menor
Cálculos
Barbante maior
Comprimento barbante maior = 0,3 m
Nº voltas (oscilações) = 10
Média dos tempos = 10,66 s
Gravidade = 9,8 m/s²
 	 		Fórmulas experimentais
 Hz			Fórmulas física
Barbante menor
Comprimento barbante menor = 0,165 m
Nº voltas (oscilações) = 10
Média dos tempos = 8,94 s
Gravidade = 9,8 m/s²
 Hz		 		Fórmulas experimentais 		 Fórmulas físicas
Conclusão
É notório que o período é o inverso da frequência e nesse processo experimental foi calculado com a fórmula tradicional e pela fórmula experimental as quais ocasionaram em valores absolutamente próximo tanto para o barbante maior quanto para o menor, o que acarreta que a teoria apresentada aos alunos é correta, pois a ressonância faz com que a propagação de ondas seja transferida para outros corpos produzindo um sistema oscilante que modificou o ritmo das outras oscilações para que em algum instante elas se igualem. 
Referências 
 
[1] Halliday, D.; Resnick, R.; Walker,J, “Fundamentos de Física, vol 2” , pp. 71-79, LTC editora, 2002.
[2] Young, H. D.; Freedman, R. A., “Física II Termodinâmica e Ondas”, pp. 52-55, Addison Wesley, 2008.
[3] http://www.ufpa.br/urban/applets_ressonancia/resonance_br.htm.
[4]http://www.fisica.ufmg.br/~wag/TRANSF/FMECDIST/U15_A40_Oscilacoes_MHS.pdf