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Curso: Engenharia Disciplina: complementos de Física Professor: Douglas Assunto: Ondas Ondulatória Uma onda é um movimento causado por uma perturbação, e esta se propaga através de um meio sem transportar matéria. Um exemplo de onda é tido quando joga-se uma pedra em um lago de águas calmas, onde o impacto causará uma perturbação na água, fazendo com que ondas circulares se propagem pela superfície da água. Existem ondas que não podemos observar a olho nu, como, por exemplo, ondas de rádio, ondas de televisão, ondas ultra-violeta e microondas. Além destas, existem alguns tipos de ondas que conhecemos bem, mas que não identificamos normalmente, como a luz e o som. Perturbação na Água Pulsos de Onda A figura (a) abaixo mostra um pulso em uma corda no tempo t = 0. A forma da corda neste instante pode ser representada por alguma função y = f(x). Em um tempo posterior a figura (b) , o pulso está mais adiante, na corda, em um novo sistema de coordenadas, com a origem o’, que se move para direita com a mesma rapidez do pulso, o pulso está estacionário. A corda é descrita, neste referencial por (fx’) em todos os tempos. As coordenada dos dois referenciais são relacionadas por: x’ = x – vt e portanto, f(x’) = f(x – vt ). Logo, a forma da corda no referencial original é: y = f(x – vt) , onda se movendo no sentido +x A mesma linha de raciocínio, para um pulso se movendo para a esquerda, nos leva a y = f(x +vt), onda se movendo no sentido – x Velocidade das ondas: Uma propriedade geral das ondas é a sua rapidez em relação ao meio, depende de propriedades do meio, mas é independente do movimento da fonte de ondas. Um exemplo disso é a rapidez do som da buzina de um carro que depende apenas das propriedades do ar, e não do movimento do carro. A velocidade de uma onda em uma corda está relacionada com a tração fornecida a corda e a massa da corda, pois quanto maior for a tração maior será a velocidade de propagação das ondas e a velocidade também será maior em uma corda mais leve do que em uma corda pesada . Para que isso aconteça, o meio deve possuir tanto massa ( para que possa haver energia cinética) quanto elasticidade( para que possa haver energia potencial). Assim as propriedades de massa e elasticidade do meio determinam com que rapidez a onda pode se propagar no meio. Sendo assim para uma corda esticada temos que a velocidade é dada por: √ Exemplos: 01 - Uma lagarta mede-palmos percorre a corda de um varal. A Corda tem 25 m de comprimento, uma massa de 1,0 Kg, e é mantida esticada por um bloco pendurado de 10 Kg, como mostrado. Vivian está pendurando seu maiô a 5,0 m de uma das extremidades, quando ela vê a lgarta a 2,5 cm da outra extremidade. Ela dá um puxão na corda, enviando um terrível pulso de 3,0 cm de altura ao encontro da lagarta. Se a lagarta rasteja a 1,0 in/s, ela conseguirá chegar na extremidade esquerda do varal antes que o pulso a atinja? ( 1,0 in/s = 2,54cm/s) Solução: A rapidez do pulso está relacionada a tração e a massa específica linear da corda; √ como √ √ ( )( )( ) Agora vamos determinar o tempo que o pulso leva para percorrer os 20m; Agora vamos determinar o tempo que a largata leva para percorrer os 2,5 cm; Logo a largata não consegue vencer o pulso e cai. Exemplo 02 – A RAPIDEZ DE UMA ONDA DE GRAVIDADE RASA Ondas oceânicas superficiais são possíveis devido à gravidade e são chamadas de ondas de gravidade. Ondas de gravidade são classificadas como ondas rasas se a profundidade da água for menor do que a metade do comprimento de onda. A rapidez de ondas de gravidade depende da profundidade e é dada por √ , onde h é a profundidade. Uma onda de gravidade em mar aberto, onde a profundidade é de 5,0 Km, possui um comprimento de onda de 100Km. (a) Qual é a rapidez desta onda? (b) Ela é uma onda rasa? Solução: a) √ = √ b) A onda será rasa se a profundidade for menor do que a metade do comprimento de onda informado. logo se trata de uma onda rasa. INDO ALÉM – Suponha que um tsunami tenha sido causado por um terremoto que elevou uma região do fundo do mar, de 50KM de largura, de uma altura, aproximada de um metro. Tal tsunami terá um comprimento de onda de ~100 KM, e a altura da onda poderá ser de apenas um metro, aproximadamente, em mar aberto. Tsunamis viajam tão rapidamente em mar averto por que possuem comprimentos de onda maiores do que a profundidade do mar. Ondas oceânicas típicas possuem comprimentos de onda de 100 m ou menos, o que é bem menos do que a profundidade em alto mar. Estas ondas são ondas de águas profundas, e ondas de águas profundas viajam muito mais lentamente do que as ondas rasas. Em águas muito rasas, como muito perto da praia, outros fatores devem ser considerados quando se calcula a rapidez das ondas. Velocidade das ondas sonoras em um Fluido: Para ondas sonoras em um fluido como o ar ou a água, a rapidez v é dada por √ onde p é a massa específica de equilíbrio do meio e B é o módulo volumétrico(módulo volumétrico é o negativo da razão entre a variação de pressão e a variação relativa de volume ). Comparando as Equações podemos ver que, em geral, a rapidez das ondas depende de uma propriedade elástica do meio ( a tração, para ondas em cordas, e o módulo volumétrico, para ondas sonoras) e de uma propriedade inercial do meio ( a massa específica linear ou a massa específica volumétrica). Para ondas sonoras em um gás como o ar, o módulo volumétrico isotérmico (descreve variações que ocorrem à temperatura constante, difere do módulo volumétrico adiabático, que descreve variações que ocorrem sem transferência de calor. Para ondas sonoras as frequências audíveis, as variações de pressão acontecem tão rapidamente que não chega a ocorrer transferência de calor apreciável; logo, o módulo volumétrico apropriado é o módulo volumétrico adiabático), é proporcional à pressão, que, por sua vez, é proporcional à massa específica p e à temperatura absoluta T do gás. A razão B/p é, portanto, independente da massa específica e é simplesmente proporcional à temperatura absoluta. A Equação equivalente é: √ Nesta equação, T é a temperatura absoluta em Kelvins (K), que se relaciona com a temperatura Celsius tc por T = tc + 273,15 . A constante adimensional y depende do tipo de gás. Para moléculas diatômicas, como O2, e N2, Y vale 7/5. Como O2 e N2 compreendem 98 por cento da atmosfera, 7/5 também ém o valor de Y para o ar. (Para gases compostos de moléculas monoatômicas, como o He, Y vale 5/3). A constante de R é a constante universal dos gases R = 8,3145J/(mol.K) e M é a massa molar do gás (isto é, a massa de um mol do gás), que, para o ar, vale M = 29,0 x 10 -3 Kg/mol. Exemplo 03 – RAPIDEZ DO SOM NO AR A temporada de competições de corrida começa, em uma escola do nordeste americano, no início do mês de abril, quando a temperatura do ar beira os 13,0ºC. Ao final da temporada, o clima já é mais quente e atemperatura já beira os 33,0 ºC. Calcule a rapidez do som produzido pela pistola do largador, no ar, a (a) 13,0ºC e (b) 33,0ºC. Naturalmente, os corredores podem largar ao avistarem a fumaça da pistola, não precisando esperar que o som do tiro chegue a eles. Solução: a) √ √ √ √ = 341,18 m/s b) √ √ √ √ Pela equação notamos que a velocidade de propagação é proporcional a temperatura logo podemos determinar a velocidade na letra b da seguinte maneira: √ √ INDO ALÉM – Vemos com este exemplo, que a rapidez do som no ar é cerca de 343 m/s a 20ºC. (esta temperatura é, comumente, referida como temperatura ambiente). Conforme sua natureza as ondas são classificadas em: Ondas Mecânicas: são ondas que necessitam de um meio material para se propagar, ou seja, sua propagação envolve o transporte de energia cinética e potencial e depende da elasticidade do meio. Por isto não é capaz de propagar-se no vácuo. Alguns exemplos são os que acontecem em molas e cordas, sons e em superfícies de líquidos. Ondas Eletromagnéticas: são ondas geradas por cargas elétricas oscilantes e sua propagação não depende do meio em que se encontram, podendo propagar-se no vácuo e em determinados meios materiais. Alguns exemplos são as ondas de rádio, de radar, os raios x e as microondas. OBS:Todas as ondas eletromagnéticas tem em comum a sua velocidade de propagação no vácuo, próxima a 300.000km/s Quanto a Dimensão as ondas são classificadas como: Unidimensionais: que se propagam em apenas uma direção, como as ondas em cordas e molas esticadas; Bidimensionais: são aquelas que se propagam por uma superfície, como as água em um lago quando se joga uma pedra; Tridimensionais: são capazes de se propagar em todas as dimensões, como a luz e o som. Quanto à direção da vibração as ondas podem ser classificadas como: Transversais: são as que são causadas por vibrações perpendiculares à propagação da onda, como, por exemplo, em uma corda: Longitudinais: são ondas causadas por vibrações com mesma direção da propagação, como as ondas sonoras. Para descrevermos completamente uma onda em uma corda e o movimento de qualquer elemento ao longo do seu comprimento, precisamos de uma função que nos dê a forma da onda. Isto significa que precisamos de uma relação da forma y = h(x,t), na qual y é o deslocamento transversal de qualquer elemento de corda como uma função (h) do tempo (t) e da posição x do elemento ao longo da corda. Em geral, uma forma senoidal semelhante a figura abaixo pode ser descrita sendo h uma função seno ou cosseno; ambas fornecem a mesma forma geral para a onda Se a onda tiver função cosseno como mostra a figura abaixo a equação de onda é dada por: Considerando que a fonte obedece, no eixo y a função horária y = a. cós (ωt + φ) e que um ponto P executa o mesmo MHS da fonte, mas com atraso de um intervalo de tempo v x t em relação a ela, pode-se escrever a sua função horária da seguinte forma: y = a . cós [ω ( t – Δt) + φ ], porém: )(2cos. ,.: . 2cos. 2 cos. : 2 0 00 ondadefunção x T t ay vemTvou T vsendo vT x T t a v x t T ay temos v x te T como A figura acima mostra uma onda senoidal se propagando no sentido positivo de um eixo x. Quando a onda passa por elementos sucessivos ( isto é seções muito curtas) da corda os elementos oscilam paralelamente ao eixo y . Sendo assim no instante de tempo t, o deslocamento y do elemento localizado na posição x é dada por: y(x,t) = ym sen(kx – ωt) onde temos: y(x,t) = Deslocamento ym = Amplitude k = Número de onda angular x = posição ω = freqüência angular t = tempo OBS: A parte oscilatória da equação é dada por: sen(kx – ωt) Componentes de uma onda Uma onda é formada por alguns componentes básicos que são: É denominado comprimento da onda, e expresso pela letra grega lambida (λ), a distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos. Chamamos período da onda (T) o tempo decorrido até que duas cristas ou dois vales consecutivos passem por um ponto.Ou simplesmente o tempo que um elemento qualquer leva para se mover realizando uma oscilação completa. Assim temos: 2 T A amplitude ym de uma onda, como mostrado na figura acima , é a intensidade do deslocamento máximo dos elementos a partir das suas posições de equilíbrio quando a onda passa por eles. Como ym é uma intensidade, ela é sempre uma grandeza positiva mesmo se ela for medida para baixo. A fase da onda é o argumento kx-ωt da função seno. Quando a onda passa por um elemento de corda em uma posição particular x, a fase varia linearmente com o tempo. Isto significa que o seno também varia, oscilando de +1 a -1. Uma função seno começa a se repetir quando o seu ângulo ou argumento é aumentado de 2π rad, portanto devemos ter kλ = 2π. 2 k ( número de onda angular ) e sua unidade no SI é o radiano por metro Freqüência da onda (f) :o número de cristas ou vales consecutivos que passam por um mesmo ponto, em uma determinada unidade de tempo. Portanto, o período e a freqüência são relacionados por: 2 1 T f Sendo assim a freqüência angular (ω) por ser encontrada : T f 2 2 Velocidade de uma onda Progressiva: Como não transportam matéria em seu movimento, é previsível que as ondas se desloquem com velocidade contínua, logo estas devem ter um deslocamento que valide a expressão: fv . como sabemos que λ = 2π / k e f = ω / 2π , podemos escrever a velocidade de uma onda da seguinte forma: f Tk v . Transferência de Energia A energia total de um oscilador harmônico não amortecido é constante, de modo que a energia potencial diminui enquanto que a energia cinética aumenta e vice-versa. Numa onda progressiva as coisas acontecem de modo diverso. A propagação de uma onda progressiva está associada à transmissão de energia de um ponto oscilante do meio a outro e essa transmissão acontece porque os pontos que estão passando pela posição de equilíbrio têm tanto energia potencial quanto energia cinética máximas. Para discutir isso, considere-se uma onda que se propaga em uma corda. A linha tracejada representa as posições dos pontos da corda quando, por ela, não passa a onda e, também, as posições de equilíbrio associadas às oscilações dos pontos da corda quando, por ela, passa a onda. Os pontos mostrados indicam convencionalmente as posições relativas das partículas da corda quando passa a onda .Os pontos A e E estão momentaneamente parados e, em sua vizinhança, a corda não está deformada,isto é, os pontos da corda na vizinhança guardam as mesmas posições relativas que tinham antes de aparecer a onda. Para esses pontos, a energia cinética e a energia potencial associada à deformação elástica da corda são, ambas, nulas. Por outro lado, os pontos C e F, que estão passando pelas respectivas posições de equilíbrio, têm velocidades (indicadas pelas flechas) de módulo máximo e, em suas vizinhanças, a deformação da corda (alongamento ou cisalhamento) é máxima. Para esses pontos, a energia cinética e a energia potencial são, ambas, máximas. Mas, como os pontos C e F se movem, no instante seguinte são os pontos a sua direita que ocuparão posições sobre a linha tracejada, pontos esses que terão recebido energia para ter, agora, energias cinética e potencial máximas. O processo se repete com esses novos pontos e assim por diante. Portanto, a transmissão de energia na onda progressiva acontece com uma velocidade de módulo igual ao módulo da velocidade de propagação da fase das oscilações dos pontos do meio. Observação Quando uma onda se propaga em uma corda, esta sofre uma deformação por cisalhamento, e, em conseqüência, uma mudança de forma. As ondas transversais só podem se propagar em um meio se a mudança de forma desse meio vem acompanhada do aparecimento de forças restauradoras. Esse tipo de propriedade é própria apenas dos corpos sólidos e da superfície dos líquidos, de modo que só aí podem aparecer ondas transversais (mecânicas). A potência média, que é a taxa média com que a energia dos dois tipos é transmitida pela onda é então: 22 ... 2 1 mmédia yvP O Princípio da Superposição de Ondas Freqüentemente observamos que duas ou mais ondas passam simultaneamente por um mesmo ponto ou região do espaço. Um exemplo deste fenômeno ocorre em nossos tímpanos quando estamos ouvindo um concerto. Neste caso o som produzido pelos diversos instrumentos atingem simultaneamente os nosso tímpanos. Um outro exemplo comum ocorre com as diferentes ondas produzidas pelos barcos em movimento em um lago. Vamos supor que duas destas ondas se propagam simultaneamente ao longo de uma mesma corda esticada. Seja y1(x,t) e y2(x,t) as funções que descrevem a propagação das duas ondas. Assumiremos também que estas ondas se propagam independentemente uma da outra. Quando as duas ondas passam simultaneamente pelo mesmo ponto da corda, o deslocamento deste ponto será dado pela soma algébrica dos deslocamentos y1(x,t) e y2(x,t), como a seguir . (2.13) Este resultado, denominado de princípio de superposição das ondas, estabelece que ondas superpostas produzem uma onda resultante. A Fig.2.2 mostra uma simulação envolvendo a superposição de dois pulsos se propagando em uma corda.Em regiões que elas podem se superpor somente uma única perturbação. Observamos uma interferência. Se duas ondas com amplitudes iguais se somam em fase, isto é, se os máximos se encontram, então observamos uma onda com amplitude igual à soma das amplitudes das ondas originais. Teremos uma interferência construtiva. Se as duas ondas superpostas estiverem, no entanto, totalmente fora de fase, isto é, se os máximos se encontram com os mínimos, as duas ondas tendem a se cancelar. Teremos uma interferência destrutiva. Para ondas harmônicas de mesma amplitude o princípio da superposição fica na forma y(x,t) = y1(x,t) + y2(x,t) = ym [sen(kx - t + ) + sen(kx - t )] Usando a relação sen sen 2 sen [( )/2] cos [( - )/2] temos que y(x,t) = [2ym cos( /2)] sen(kx - t + /2) Logo, se a fase = 0, a interferência é construtiva enquanto que se a fase , a interferência é destrutiva Caso as amplitudes sejam diferentes a interferência é parcial. A onda resultante, devida a interferência de duas ondas transversais senoidais, também é uma onda transversal senoidal, com uma amplitude e um termo oscilatório. 2 1 2 1 cos.2),(' tkxsenytxy m Ondas estacionárias e harmônicos Se superpomos ondas iguais, mas com velocidades opostas, obtemos ondas estacionárias. Isto pode ser visto usando a equação , que neste caso fica y(x,t) = ym sen(kx + t) + ym sen(kx - t ) = [2ym sen(kx)] cos( t) Vemos portanto, que esta relação não descreve uma onda que se propaga. Em cada ponto x, há uma vibração determinada pela frequência angular . Os pontos em que sen(kx) se anulam são chamados de nós. Estes pontos são obtidos quando kx = n , onde n = 0, 1, 2 ,... Logo, obtemos que eles acontecem para x = n (nós) enquanto que os anti-nós acontecem nas regiões intermediárias aos nós (nos máximos dos sen(kx)), ou seja, para x = ( ) (anti-nós) Para cordas presas em dois pontos fixos (como as cordas de um violão), podemos induzir ondas estacionárias (vibrações) onde os pontos fixos serão necessariamente nós. Logo, temos que, se a corda possui comprimento l, então os comprimentos de ondas possíveis são obtidos da relação substituindo x por l: λ = 2l / n (comprimentos de ondas dos harmônicos) onde n = 1, 2, 3, ... (note que o valor n = 0 não é físico nesse caso - seria uma onda com comprimento de onda infinito, ou seja, onda nenhuma). Estes são conhecidos como os comprimentos de ondas dos harmônicos da corda. As vibrações da corda são transmitidas para as moléculas de ar e, devido à propagação da perturbação, chegam aos nossos ouvidos na forma de som. A frequência desses sons pode ser obtida da relação acima, resultando em para n = 1,2,3..... (frequências dos harmônicos) Com uma fonte faz-se a outra extremidade vibrar com movimentos verticais periódicos, produzindo-se perturbações regulares que se propagam pela corda. Em que: N = nós ou nodos e V= ventres. Ao atingirem a extremidade fica, elas se refletem, retornando com sentido de deslocamento contrário ao anterior. Dessa forma, as perturbações se superpõem às outras que estão chegando à parede, originando o fenômeno das ondas estacionárias. Uma onda estacionária se caracteriza pela amplitude variável de ponto para ponto, isto é, há pontos da corda que não se movimentam (amplitude nula), chamados nós (ou nodos), e pontos que vibram com amplitude máxima, chamados ventres. É evidente que, entre nós, os pontos da corda vibram com a mesma freqüência, mas com amplitudes diferentes. Observe que: Como os nós estão em repouso, não pode haver passagem de energia por eles, não havendo, então, em uma corda estacionária o transporte de energia. A distância entre dois nós consecutivos vale . A distância entre dois ventres consecutivos vale . A distância entre um nó e um ventre consecutivo vale Reflexão e transmissão Ondas podem refletir em obstáculos. Na figura abaixo vemos uma onda em uma corda incidindo sobre uma parede, onde possui uma extremidade presa. A corda na parte da onda que chega à parede exerce uma força para cima sobre a mesma. Pela terceira lei de Newton, a parede exerce uma força igual e para baixo sobre a corda, invertendo a amplitude da onda, e enviando para trásum pulso igual e invertido. Se a corda não estiver presa à parede o pulso retorna a partir do extremo aberto, mas não há inversão do mesmo, pois não existe força exercida neste extremo. Veja a figura abaixo. Quando a onda passa de um meio a outro, uma parte da mesma é refletida enquanto que outra parte é transmitida. Veja a figura abaixo. A onda refletida pode interferir com a onda incidente resultando numa forma de interferência complicada e confusa. Exercícios: 1) Uma onda possui uma freqüência angular de 110 rad/s e um comprimento de onda de 1,80 m. Calcule: a) O número de onda angular; b) A velocidade da onda. 2) Uma onda senoidal se propaga ao longo de uma corda. O tempo para que um ponto particular se mova do deslocamento máximo até zero é de 0,170 s. Quais são: a) o período; b) a freqüência; c) O comprimento de onda é igual a 1,40m; qual a velocidade da onda. 3) A velocidade de omdas eletromagnéticas (que incluem a luz visível, o rádio e os raios-x) no vácuo é de 3,0x10 8 m/s. a) Os comprimentos de onda de ondas de luz visível variam de 400 nm no violeta até cerca de 700 nm no vermelho. Qual a faixa de freqüência dessas ondas? b) A faixa de freqüências para ondas curtas de rádio variam de 1,5 a 300 MHz. Qual a faixa correspondente de comprimento de onda? 4) Escreva a equação para uma onda senoidal se propagando no sentido negativo ao longo do eixo x e tendo uma amplitude de 0,010 m, uma freqüência de 550Hz e uma velocidade de 330 m/s. 5) A equação de uma onda transversal se propagando ao longo de uma corda muito comprida é y = 6,0 sen(0,020πx + 4,0πt), onde x e y estão expressos em centímetros e t em segundos. Determine: a) a amplitude; b) o comprimento de onda; c) a freqüência; d) a velocidade; e) o sentido de propagação; a velocidade transversal máxima de uma partícula da corda; 6) Escreva uma equação que descreva uma onda transversal senoidal se propagando em uma corda no sentido +x com comprimento de onda de 10 cm, uma freqüência de 400 Hz e uma amplitude de 2,0 cm. Qual a velocidade máxima de um ponto na corda? Qual a velocidade da onda? 7) Uma onda senoidal com freqüência de 500 Hz possui uma velocidade de 350 m/s. a) Qual a separação entre dois pontos que diferem de fase de π / 3 rad? b) Qual a diferença de fase entre dói deslocamentos em um certo ponto em tempos separados de 1,0 ms? 8) A corda mais pesada e a mais leve de um violino possuem massas específicas lineares de 3,0 e 0,29 g/m. Qual a razão entre o diâmetro da corda mais pesada e o da corda mais leve, supondo que as cordas sejam de mesmo material? 9) Qual a velocidade de uma onda transversal em uma corda de 2,0 m de comprimento e massa igual a 60,0 g , sujeita a uma tração de 500N? 10) A tração em um fio metálico preso por fixadores nas duas extremidades é dobrada sem que haja uma mudança apreciável do comprimento do fio entre os fixadores. Qual a razão entre a nova velocidade da onda e a antiga para ondas transversais se propagando ao longo deste fio? 11) A massa específica linear de uma corda é 1,6 x 10-4 kg/m. Uma onda transversal na corda é descrita pela equação: y = (0,021 m) sen [(2,0 m -1 )x + (30 s -1 )t]. a) Qual a velocidade da onda? b) A tração na corda? 12) a equação de uma onda transversal em uma corda é y = (2,0 mm) sen [(20m-1)x – (600 s-1)t]. a tração na corda é de 15N. a) Qual a velocidade da onda? b) Encontre a massa específica linear desta corda em gramas por metro. 13)Uma corda esticada possui uma massa por unidade de comprimento de 5,0 g/cm e uma tração de 10N. Uma onda senoidal na corda possui uma amplitude de 0,12 mm e uma freqüência de 100 Hz e está se propagando no sentido negativo de x. Escreva uma equação para esta onda. 14)Uma corda ao longo da qual ondas podem se propagar possui 2,70 m de comprimento e uma massa de 260 g. A tração na corda é de 36,0N. Qual deve ser a freqüência das ondas progressivas de amplitude 7,70 mm para que a potência média seja de 85,0 W ? 15) Uma corda esticada possui massa específica linear µ = 525 g/m e está sujeita a uma tração de 45 N. Enviamos uma onda senoidal com freqüência f = 120 Hz e amplitude ym = 8,5 mm ao longo da corda a partir de uma extremidade. A que taxa média a onda transporta energia? 16) que diferença de fase entre duas ondas progressivas, idênticas quanto ao resto, que se movem no mesmo sentido ao longo de uma corda esticada, resultará em uma onda combinada com amplitude igual a 1,50 vez a amplitude comum às duas ondas sendo combinadas? Expresse a sua resposta em (a) graus ; (b) radianos ; (c) em comprimento de onda. 17) Duas ondas progressivas idênticas, movendo-se no mesmo sentido, estão fora de fase 90º. Qual a amplitude da onda resultante em termos da amplitude ym comum às duas ondas sendo combinadas? 18) duas ondas senoidais idênticas, movendo-se no mesmo sentido ao longo de uma corda esticada, interferem uma com a outra. A amplitude ym de cada onda é igual a 9,8 mm, e a diferença de fase entre elas é de 100º. a) qual a amplitude y’m da onda resultante devida à interferência destas duas ondas, e qual tipo de interferência ocorre? b) Que diferença de fase, em radianos e em comprimentos de onda, fará com que a amplitude da onda resultante seja de 4,9 mm? 19) Uma corda sujeita a uma tração t1 oscila no terceiro harmônico com freqüência f3 e as ondas na corda tem comprimento de onda λ3. Se a tração for aumentada para tf = 4t1 e fizermos a corda oscilar novamente no terceiro harmônico, quais serão então: T L n L nv f n . 22 a) a freqüência de oscilação em termos de f3 b) o comprimento de onda das ondas em termos de λ3 ? 20) Uma corda de violão de náilon possui uma massa específica linear de 7,2 g/m e está sujeita a uma tração de 150N. Os apoios fixos estão separados de 90 cm. A corda está vibrando no padrão de onda estacionária. Calcule: a) A velocidade b) O comprimento de onda c) A freqüência das ondas progressivas cuja superposição fornece esta onda estacionária. 21) Duas ondas senoidais com comprimentos de onda e amplitude idênticos se propagam em sentidos opostos ao longo de uma corda com uma velocidade de 10 cm/s. Se o intervalo de tempo entre os instantes em que a corda está sem curvatura for de 0,50 s, qual o comprimento de onda das ondas? 22) Uma corda fixada nas duas extremidades tem 8,40 m de comprimento e uma massa de 0,120 Kg. Ela está sujeita a uma tração de 96,0 N e é posta para vibrar. a) Qual a velocidade das ondas na corda? b) Qual o maior comprimento de onda possível para uma onda possível para uma onda estacionária? c) Forneça a freqüência dessa onda. 23) Uma corda de 125 cm de comprimento possui uma massa de 2,00 g. Ela é esticada com uma tração de 7,00 N entre apoios fixos. a) Qual a velocidade de onda para esta corda? b) Qual a freqüência de ressonância mais baixa desta corda? 24) Quais as três freqüências mais baixas para ondas estacionárias em um fio metálico de 10,0 m de comprimento que possui uma massa de 100g e que está alongado sujeito a uma tração de 250 N? 25) Uma corda A é esticada entre dois fixadores separados por uma distância L. Uma corda B, com mesma massa específica linear e sujeita à mesma tração que a corda A, é esticada entre dois fixadores separados por uma distância 4L. Considere os oito primeiros harmônicos da corda B. Qual, se houver, possui uma freqüência de ressonância que coincide com uma freqüência de ressonância da corda A? 26) Uma corda de violão de náilon temuma massa específica linear de 7,20 g/m e está sujeita a uma tração de 150N. Os suportes fixos estão separados por uma distância D = 90,0 cm. A corda está oscilando de forma mostrada na figura. Calcule: a) A velocidade; b)O comprimento de onda c) a frequência das ondas progressivas cuja a superposição produz a onda estacionária. 27) Uma corda com 3,0 m de comprimento está oscilando como uma onda estacionária de três laços com uma amplitude de 1,0 cm. A velocidade de onda é igual a 100 m/s. a) Qual a freqüência? b) Escreva equações para as duas ondas que, quando combinadas resultarão nesta onda estacionária.
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