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Física Experimental II 1 INTRODUÇÃO As perturbações decorrentes em várias situações cotidianas estão em nosso redor mais presentes, um exemplo: é um lago onde a água está calma (repouso), quando uma pedra é arremessada, ao cair e entrar em contato com a água ocorrem movimentos ocasionados pelo impacto da pedra e acontece um efeito chamado de ondas, essas ondas são pulsos com intensidades de acordo com a intensidade do impacto com que a pedra se chocou com a água. Nesse experimento haverá a demonstração das perturbações decorrentes em uma mola, as formas de ondas e a análise da causa em cada situação. OBJETIVOS Testes de perturbações com uma mola, demonstrando a característica de cada tipo de onda. METODOLOGIA Com uma mola do tipo slinky haverá a demonstração das formas de ondas distintas em cada experimento que são: As transversais e as longitudinais. As longitudinais a forma de onda produzida têm direção de propagação no sentido horizontal e a direção de vibração para frente e para trás. As transversais a forma de onda têm direção de propagação no mesmo sentido que as longitudinais, mas a direção de vibração tem sentido vertical (sobe e desce). 1º experimento. esticando uma mola em cima da mesa e realizado a perturbação de duas formas distintas. Na primeira perturbação foi feito compressão na mola e soltou-se a mesma, analisando o sentido de deslocamento ocorrido. Na segunda perturbação a mola manteve-se esticada em cima da mesa e com o auxiliar do dedo indicador foram feitas batidas simultâneas em cima da mola, medido tempo e velocidade em cada situação e descrevendo os resultados, esse experimento serviu para demonstrar a forma de onda longitudinal. 2ºExperimento. Com a mola posicionada no chão para demonstração da outra forma de perturbação, foram realizadas as perturbações e a medida total de deslocamento da perturbação, assim medindo tempo e velocidade de deslocamento da mesma. 3º experimento. Realizou-se a medição de propagação das ondas dos experimentos 1 e 2 através de instrumentos para descrever o intervalo de tempo e velocidade das ondas. PRODUZINDO E IDENTIFICANDO AS ONDAS NUMA MOLA LONGA Diego de Souza Farias Jackson Alves Jéssica Silva Rosana Bruna dos Santos França Palavras-chave: Ondas; Mola; Interferências. Resumo: Experimento demonstrando as perturbações que se propagam através de um corpo quando colocado em movimento, sem carregar matéria. Física Experimental II 2 RESULTADOS E DISCUSSÃO Com a mola sobre a mesa foram tensionadas 15 espiras. Encolhendo e soltando a mola pode-se observar um abalo propagando através da mola onde a sua direção de propagação é a mesma de vibração obtendo assim o movimento longitudinal. Observa-se o movimento realizado pela mola na imagem abaixo: (figura 1 – movimento longitudinal) Quando uma onda se propaga em apenas uma direção ela é unidimensional esse é o caso da onda realizada no movimento longitudinal como por exemplo vibração em uma corda. Se por um acaso fossem gerados vários abalos desse mesmo modo o movimento tenderia ser o mesmo, pois a direção seria a mesma, sua propagação e consequentemente sua vibração estaria no mesmo sentido. Movendo-se sempre na direção de apenas um eixo. Foi utilizado para as medições um comprimento de mola de 1,70m e seu tempo de perturbação longitudinal medida foi de 2 segundos desde o ponto em que ela ocorre até o final de seu percurso na mola. 𝑣 = 𝛾 𝑡 𝑣 = 1,70 2 = 0,85 𝑚/𝑠 Dando uma batida perpendicularmente ao seu comprimento e soltando-a bruscamente o abalo provocado irá se propagar ao decorrer da mola sendo que suas direções de propagação e vibração são perpendiculares uma a outra. O tipo de onda observado é a transversal onde a onda muda sua fase. Abaixo podemos observar o movimento realizado: (figura 2 – onda transversal) Esse tipo de onda é considerado bidimensional, ou seja, move-se em mais de um eixo, caso sejam gerados vários impulsos desse mesmo tipo o tipo de onda observado seria o mesmo. 𝑣 = 𝛾 𝑡 𝑣 = 1,70 1,2 = 1,41𝑚/𝑠 Ondas que permanecem no mesmo lugar são como por exemplo as vibrações em uma corda de violino, são ondas resultantes da superposição de duas ondas sendo ambas de mesma amplitude, frequência, direção e mesmo comprimento de onda; porém em sentidos opostos. Esse tipo de onda é chamado de estacionária. Abaixo a figura que representa uma onda estacionária: Física Experimental II 3 Da interferência de muitas ondas pode resultar em uma onda estacionária, ou seja, um padrão de oscilação, cujo qual, caracterizamos como sítio onde não há movimento. Sendo assim com uma das extremidades fixas não pode existir passagem de energia entre ambos, assim a distância entre dois ventres ou dois nós consecutivos será λ/2. Já a distância entre um nó e um ventre consecutivo vale λ/4. Foram feitas as cinco medidas que se encontram na tabela abaixo: TEMPO (s) VELOCIDADE (m/s) 0,63455 2,67 0,3997 4,253 0,4173 4,073 0,41185 4,125 0,54585 3,114 Assim realizamos a média aritmética e obtemos para o período 0,48185s e para a velocidade 3,647m/s. então utilizamos a equação abaixo para calcular o comprimento da onda: 𝜆 = 𝑣. 𝑇 𝜆 = 3,647.0,48185 = 𝟏, 𝟕𝟓𝟕𝟑𝟎𝟔𝟗𝟓 𝒎 E sua frequência: 𝑓 = 𝑣 𝜆 𝑓 = 3,647 1,75730695 = 𝟐, 𝟎𝟕𝟓𝟑𝟑𝟒𝟔𝟒𝟕𝟕𝟏𝑯𝒛 Ressonância Quando temos uma vibração externa, com frequência próxima ou igual à frequência natural de vibração de um sistema, é emitida na direção deste, o sistema absorve fortemente a energia dessa onda, aumentando a amplitude de suas vibrações. Neste caso, dizemos que o sistema está em ressonância. É por isso que escutamos o som de um violão: a madeira da caixa do violão entra em ressonância por causa da vibração das cordas, fazendo o ar de dentro da caixa vibrar, aumentando assim a intensidade do som. Os resultados medidos no experimento foram os seguintes para a propagação de uma onda transversal numa mola: DISTÂNCIA AB = 1,70m NÚMERO DA MEDIDA INTERVALO DE TEMPO Δs (s) 1 0,39745 2 0,29695 3 0,2694 4 0,26015 MÉDIA DOS INTERVALOS DE TEMPO 0,30595 VELOCIDADE MÉDIA DO PULSO (m/s) 6,209 (Tabela 2) (MAIOR TRAÇÃO DA MOLA) DISTÂNCIA A"B" = 1,70m NÚMERO DA MEDIDA INTERVALO DE TEMPO Δs (s) 1 0,11555 2 0,1796 3 0,1091 4 0,12875 Física Experimental II 4 MÉDIA DOS INTERVALOS DE TEMPO 0,13176 VELOCIDADE MÉDIA DO PULSO (m/s) 14,42 (tabela 3) Já para a propagação de uma onda longitudinal na mola foram: DISTÂNCIA AB = 1,70 m NÚMERO DA MEDIDA INTERVALO DE TEMPO Δs (s) 1 0,2151 2 0,1704 3 0,2186 4 0,2046 MÉDIA DOS INTERVALOS DE TEMPO 0,20217 VELOCIDADE MÉDIA DO PULSO (m/s) 9,398 (tabela 4) (MAIOR TRAÇÃO DA MOLA) DISTÂNCIA A"B" = 1,70 m NÚMERO DA MEDIDA INTERVALO DE TEMPO Δs (s) 1 0,3309 2 0,34625 3 0,2857 4 0,30125 MÉDIA DOS INTERVALOS DE TEMPO 0,31602 VELOCIDADE MÉDIA DO PULSO (m/s) 6,01227 (tabela 5) Podemos observar no caso do tipo de onda transversal que quanto maior a força de tração da mola maior será sua velocidade. Já no caso da onda longitudinal quanto maior sua tração menor será sua velocidade. CONCLUSÃO As ondas são fenômenos comuns nocotidiano, e podem variar desde o seu “formato” até o modo como são transmitidas. Desde as ondas vistas nas ondas do mar ou de um lago até qualquer tipo de som que pode ser ouvido, o estudo das ondas é algo amplo e de grande interesse e importância em muitas áreas. Apesar de ser um experimento relativamente simples, o estudo das ondas é bem direto e disponibiliza informações concisas e úteis. Bem como o estudo de interferências e demais fatores que podem afetá-las, muitas vezes com algum tipo de energia. Conclui-se que os resultados obtidos demonstram o êxito do experimento, mediante a comparação com itens teóricos apresentados pode-se ter uma visão interessante do assunto, abrindo caminho para ainda mais pesquisas. BIBLIOGRAFIA http://www.ebah.com.br/content/ABAAAesIIA F/relatorio-laboratorio-fisica-ii-molas (em 20/04/2018) file:///C:/Users/0335030/Downloads/2%20- %20Fenomenos%20Ondulatorios.pdf (em 20/04/2018) http://www.ebah.com.br/content/ABAAAesIIA F/relatorio-laboratorio-fisica-ii-molas (em 20/04/2018) http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulato ria/Ondas/classificacao.php (em 23/04/2018) https://www.todamateria.com.br/ondas/ (em 23/04/2018) Física Experimental II 5 https://brasilescola.uol.com.br/fisica/ondas.htm (em 23/04/2018) Halliday,David / Walker,Jearl / Resnick,Robert- Fundamentos de Física 2 - Gravitação, Ondas, Termodinâmica - 10ª Ed. 2016 Tipler,Paul -Física para Cientistas e Engenheiros - Volume 1 Física Experimental II i - Mola helicoidal longa; - Contador de tempo digital; - Cronômetro digital com rolagem de dados; - Sensores de barreira; - Trena (FIGURA 4. Mola helicoidal) ( FIGURA 5. Sensores de barreira) (FIGURA 6. Trena) MATERIAL SUPLEMENTAR Conduta no laboratório: Formatação (estrutura): Resumo: Introdução: Objetivos: Metodologia: Resultados e Discussão: Conclusão: Bibliografia: Material Suplementar: Linguagem correta (científica): Total:
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