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1) Realce as diferenças entre as ondas mecânicas, eletromagnéticas e de matéria. Ondas mecânicas: São oscilações da matéria. Precisam de um meio para se propagar e são descritas pelas leis de Newton: onda sonora, onda do mar, onda da corda. Ondas Eletromagnéticas: Não precisam de um material para existir. Todas as ondas eletromagnéticas se propagam no vácuo com a mesma velocidade. São descritas pelas Equações de Maxwell: Fonte e carga elétrica. Ondas de matéria: Estão associadas a elétrons, prótons e outras partículas elementares e mesmo a átomos e moléculas. São chamadas de ondas de matéria porque normalmente pensamos nas partículas como elementos de matéria. 2) Diferencie ondas longitudinais e transversais. Ondas transversais: principalmente as ondas em cordas, que são ondas nas quais as oscilações acontecem em uma direção perpendicular à direção de propagação da onda, principalmente as ondas em cordas. Ondas longitudinais, nas quais as oscilações acontecem na direção de propagação da onda, e podem se propagar em sólidos, líquidos e gases. Exemplo: as ondas sonoras 3) No livro duas estratégias de estudo das ondas são abordadas. Quem são, e como se descrevem? O estudo das ondas é abordado no livro em duas estratégias: O comportamento das ondas mecânicas é feita pelas Leis de Newton, que são as ondas que se propagam em meios materiais. O comportamento das ondas eletromagnéticas é o resultado da combinação de campo elétrico com campo magnético, descritas pelas equações de Maxwell, para as ondas que não precisam de um meio material para se propagar. 4) Diferencie as ondas progressivas e estacionárias. Onda progressiva (transporta energia de um lugar para outro) Onda estacionária (Não transporta energia de um lugar para outro) 5) Defina: número de onda, frequência, amplitude, comprimento de onda, constante de fase, fase, frequência angular. Número de onda (k): É o número de ondas contida em um comprimento de um metro. É definido por 2π / λ. Frequência (f) O número de ciclos feitos por um ponto vibrante na unidade de tempo. A unidade é o hertz (Hz), que equivale a 1 segundo. f = 1/T T = 1 / f ω = 2π f Corda tensionada: f = n v / 2L Amplitude: a distância de uma crista ou um vale ao nível de equilíbrio Comprimento de onda λ: é a distância entre valores repetidos sucessivos num padrão de onda Constante de fase: depende do deslocamento e da velocidade da partícula no instante t = 0 Fase da onda kx −ωt: corresponde à oscilação de um ponto da corda e a amplitude da onda determina os extremos do deslocamento do elemento. Frequência angular (ω): é a variação angular por unidade de tempo. ω=2π/T : Lembretes: 6) Que fatores físicos determinam a velocidade da onda em uma corda? A intensidade da força de tensão (T) que a traciona e da densidade linear µ, conforme a fórmula de Taylor: . A densidade linear (µ) é a relação entre a massa (m) e o comprimento (L) da corda: = m/L. 7) Que Lei física serve de fundamento da Equação de Onda? A equação de onda é equivalente à segunda lei de Newton. E as funções de onda possíveis são aquelas que satisfazem à equação de onda. 8) O que nos revela o Princípio da Superposição de ondas? A superposição, também chamada interferência (em alguns casos), é o fenômeno que ocorre quando duas ou mais ondas se encontram, gerando uma onda resultante igual à soma algébrica das perturbações de cada onda. 9) Discorra sobre interferência de ondas. Imagine uma corda esticada na posição horizontal, ao serem produzidos pulsos de mesma largura, mas de diferentes amplitudes, nas pontas da corda, poderá acontecer uma superposição, onde os pulsos se encontram e suas amplitudes se somam, podendo sofrer interferências construtivas e destrutivas. 10) O que são nó e anti-nó? Nó é um ponto da corda em uma onda estacionária que permanece fixo. Em contrapartida, os pontos de máxima amplitude são chamados anti-nós. 11) Defina ondas estacionárias? São ondas que se formam a partir de uma superposição de duas ondas idênticas em sentidos opostos, normalmente quando as ondas estão confinadas no espaço como ondas de uma corda com as extremidades fixas. O gráfico abaixo representa uma onda que se propaga com velocidade igual a 300m/s. Determine: a) a amplitude da onda; A Amplitude da onda é dada pela distância da origem até a crista da onda, ou seja: b) o comprimento de onda; O comprimento de onda é dado pela distância entre duas cristas ou entre 3 nodos, ou seja: Como a figura mostra a medida de três "meios-comprimento de onda", podemos calculá-lo: c) a frequência; Sabendo a velocidade de propagação e o comprimento de onda, podemos calcular a frequência através da equação: d) o período. Como o período é igual ao inverso da frequência: 12) Qual o comprimento de uma onda de freqüência de 50 Hz que se propaga com velocidade de 340m/s? 340 = λ.50 λ = 6,8m 13) 0,2s é o tempo que uma onda senoidal se desloca da posição máxima até a posição zero. Encontre o a) período; b) frequência angular; c) velocidade da onda, para um comprimento de onda igual a 2m. t = 0,2s = T/4 a) T = 4 . 0,2s T= 0,8s b) ω = 2π / T ω = 2π / 0,8 ω = 2,5π rad/s c) f = 1 / T f = 1 / 0,8 v = 2 . 1,25 f = 1,25Hz v = 2,5m/s 14) A equação de uma onda transversal que se propaga em uma corda muito longa é y=6 sen(0.2x+2t) , em que x e y estão em metro e t em segundo. a) Calcule a máxima velocidade transversal da onda. b) Com que velocidade de uma onda transversal se propaga em uma corda de 2m de comprimento, 250g de massa e sujeita a uma tensão de 5000N? a) k = 2π / λ ω = 2π / f 0,2 = 2π / λ f = 2π / ω v = 31,41 x 3,14 λ = 2π / 0,2 f = 2π / 2 v = 98,62cm/s λ = 31,41cm f = 3,14Hz b) L = 2m µ(Kg/m) = m / L m = 250g µ(Kg/m) = 0,25 / 2 v = 200m/s T = 5.000N µ = 0,125Kg/m 15) Para uma tensão de 100N a velocidade de uma onda transversal em uma corda é 200m/s. Encontre a tensão na corda em que velocidade da onda aumente para 300m/s. 1 = 100N V1 = 200m/s 2 = 2 = 225N V2 = 300m/s 1,5 16) Uma onda transversal descrita pela equação y=2 sen(2x+10t) se propaga numa corda de massa específica linear igual a 2x10-4kg/m. Encontre a) velocidade da onda e b) a tensão da corda. µ = 2x10-4kg/m a) v = ω / k v = 10 / 2 y = 2 sen(2x+10t) v = 5m/s y = ym sem (kx + ωt) b) Logo, = µ . v² = 2x10-4 . 5² ym = 2m = 5.10-3N k = 2rad/m ω = 10rad/s 17) Em uma corda de 2,5m de comprimento, 250g de massa e tensão de 36N se propaga ondas. Qual deve ser a frequência de ondas progressivas com uma amplitude de 7mm para que a potência média seja 80W? L = 2,5m µ(Kg/m) = m / Lm = 250g µ(Kg/m) = 0,25 / 2,5 = 36N µ = 0,1Kg/m 85 = ½ . 0,1 . 19 . (2π f)2 . (7x10-3)² P = potencia = 85 w 85 = ½ . 0,1 . 19 . (4π² f²) 49x10-6 f² = (0,1) . (19) . (4π²) (49x10-6) v = 19m/s 85 x 2 f = 2π 7x10-6 √ 1,9 . 170 ω = 2π . f f = 4,39x10-5 x 0,10 f = 4,4x10-6Hz 18) Use a equação de onda para determinar a velocidade de uma onda dada por y (x , y) 2m sen(4x−7t) em que x e y estão em metro e t em segundo. k = 4rad/m ω = 7rad/s 19) Use a equação de onda para determinar a velocidade de uma onda dada por y (x , y) = 5mm sen(2x+3t). k = 2rad/m 3 ω = 3rad/s 2 20) Duas ondas progressivas iguais se propagam defasadas de π/4 rad. Encontre a amplitude resultante em termo da amplitude das ondas ym. y = ym1 sen (kx – wt) + ym2 sen (kx – wt + ϕ) y = 2ym . cos( ½ ϕ) . sen (kx – wt + ½ ϕ) Para ϕ = π/4, a amplitude é: A = 2ym cos (½ ϕ) A = 2ym cos (½ + π/4) A = 2ym cos (3π/4) A = -1,41ym 21) Duas ondas progressivas iguais se propagam em fase. Encontre a amplitude resultante em termo da amplitude das ondas ym. Considere duas fontes F1 e F2, em fase conforme figura, que vibram à frequência de 300 Hz. A velocidade das ondas no meio em que se encontram os pontos A e B é de 6m/s. Qual o tipo de interferência que ocorre nos pontos A e B? Dados do problema • freqüência das fontes: F1 = F2 = 300 Hz; • velocidade das ondas no meio: v = 6 m/s = 600 cm/s O comprimento das ondas será dado por λ = 600 / 300 λ = 2cm 22) Duas ondas senoidal de mesmo período, de amplitudes 5 e 7mm, se propagam no mesmo sentido em uma corda esticada; elas produzem uma onda resultante com uma amplitude de 9mm. Calcule a diferença de fase (ϕ) entre as duas ondas. 23) Uma corda com 1m de comprimento tem uma massa de 10g e tensão de 10N. Encontre a) a velocidade da onda; b) as duas menores frequências de ressonância. a) v = 31,62m/s b) f1 = n v / 2L f2 = n v / 2L f1 = 1 . 31,62 / 2 . 1 f2 = 2 . 31,62 / 2 . 1 f1 = 15,81Hz f2 = 31,62Hz µ = m / L (Kg/m) µ = 0,01 / 1 µ = 0,01Kg/m 24) Duas ondas senoidais com comprimentos de onda e amplitudes iguais se propagam com uma velocidade de 10cm/s em sentidos opostos em uma corda. Se o intervalo de tempo entre os instantes nos quais a corda fica reta é 0,5s. Qual é o comprimento de onda das ondas? 25) Uma das frequências harmônicas de uma certa corda sob tensão é 325Hz. A frequência harmônica seguintes é 390Hz. Qual é a frequência harmônica que se segue à 195Hz? Como a diferença entre harmônicos consecutivos é igual à fundamental frequência, então ffund = (390 Hz - 325 Hz) ffund = 65 Hz. O próximo harmônico após 195 Hz é portanto: f = (195Hz + 65Hz) = 260 Hz 26) Duas ondas senoidais com a mesma amplitude e o mesmo comprimento de onda se propagam simultaneamente em uma corda esticada ao longo de um eixo x. A onda resultante é mostrada duas vezes na figura ao lado, uma vez com o antinó A na posição de máximo deslocamento para cima e outra 6ms depois com o antinó A na posição de máximo deslocamento para baixo. A distância entre as marcas no eixo x é 10cm; H =1,8cm. Encontre a) ym, b) k e c) ω. a) Sendo H = 1,8cm, b) Pelo gráfico, λ = 5,0cm c) v = 0,05 / 0,006 (m/s) Ym = H / 2 k = 2π / λ v = 8,33m/s Ym = 1.8 / 2 k = 2π / 0,05 ω = v . k Ym = 0,9cm k = 1,25 rad/m ω = 8,33 . 1,25 ω = 10rad/s 27) Duas ondas senoidais de mesmo comprimento de onda se propagam no mesmo sentido em uma corda esticada, Para a onda 1, ym=3mm e ϕ=0º; para a onda 2, ym=5mm e ϕ=70º. Encontre a) amplitude e b) a constante de fase da onda resultante. a) y = ym1 sen (kx – wt) + ym2 sen (kx – wt + ϕ) y = 3mm . sen (kx – wt) + 5mm . sen (kx – wt + ϕ) y = 8mm . cos( ½ ϕ) . sen (kx – wt + ½ ϕ) b) ϕ=45º Para ϕ = 70º = 1,22rad A = 8mm cos (0,78) A = 8mm . 1 A = 8mm 28) A menor frequência de ressonância de uma corda de violino é a da nota lá de concerto (440Hz). Qual é a frequência a) do segundo e b) terceiro harmônico da corda? flá = 440Hz f1 = n v / 2 L a) f2 = 2 . 440 = 880Hz b) f3 = 3 . 440 = 1320Hz
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