Relatório 6 - REFLEXÃO DE UMA ONDA BIDIMENSIONAL (UTILIZANDO ESTROBOSCÓPIO ELETRÔNICO E O FREQUENCIMETRO DE IMPULSOS ÓTICOS)

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REFLEXÃO DE UMA ONDA BIDIMENSIONAL (UTILIZANDO ESTROBOSCÓPIO ELETRÔNICO E O FREQUENCIMETRO DE IMPULSOS ÓTICOS)
Introdução
Uma onda é toda e qualquer perturbação que ocorre periodicamente em um meio ou no vácuo. Mais precisamente, ondas mecânicas são ondas que se propagam somente em meios materiais e são governadas pelas leis de Newton. Um exemplo de onda mecânica é uma onda, ou perturbação, que se propaga na superfície da água. Devido à lei da Ação e Reação, quando uma onda se depara com um obstáculo irá continuar sua propagação, porém com sentido contrário e mesma intensidade.
Quanto à direção de propagação, pode ser transversal, como o pulso de uma corda, ou longitudinal, como a oscilação de uma mola helicoidal. No meio líquido a onda se propaga em todas as direções, o que tem como consequência a forma circular da onda.
Em uma onda mecânica podemos observar algumas características. Existe um ponto mais alto, chamado de crista, e uma concavidade entre duas cristas, chamada de vale. Uma distância entre duas cristas consecutivas, ou dois vales consecutivos, é chamada de comprimento de onda. A distância entre o ponto médio até a crista, ou vale, é chamada amplitude. A figura a seguir apresenta essas características:
DESENHO DA FIGURA 1 AQUI
Objetivos
O experimento tem por objetivos:
Reconhecer que uma onda, ao incidir num anteparo, se reflete de modo que suas direções incidente e refletida obedeçam as leis de reflexão de Snell;
Determinar o foco e a distância focal de um anteparo curvo;
Verificar que o ponto de emissão de um pulso circular, frente a um anteparo reto, se comporta como um ponto-objeto (frente a um espelho plano) e que as ondas refletidas “parecem” ter origem num ponto além do anteparo, chamado ponto imagem;
Constatar que uma onda circular, produzida no foco de um anteparo curvo, após refletida, se propaga com uma frente de onda retilínea.
Montagem experimental
Material necessário:
Blablabla
DESENHO DO EXPERIMENTO AQUI (FIGURA 2)
Procedimento
Inicialmente, o experimento foi montado de modo que os materiais ficassem em posições de fácil acesso e identificação. Foram colocados aproximadamente 225mL de água na cuba, espalhando-a com o dedo (inclusive nos cantos), sendo assim nivelada a superfície da água, uniformizando o máximo possível sua profundidade. Enquanto está etapa era realizada, todos equipamentos foram mantidos desligados.
O anteparo reto foi colocado no meio da cuba e sua lateral foi umedecida com o dedo. O oscilador foi ligado em frequência média (f=22,76 Hz). Segue a figura do experimento:
DESENHO DO EXPERIMENTO AQUI (FIGURA 3)
O avanço aparente das ondas circulares foi reduzido com o estroboscópio e as anotações foram reproduzidas na figura 8, presente nos resultados. Com base nesta parte do experimento, foi possível realizar algumas análises referentes a imagem virtual da onda.
O estroboscópio foi desligado e a lâmpada comum foi ligada. A ponteira (a) foi trocada pela ponteira reta (c), que então foi ajustada para penetrar uniformemente na massa líquida. O anteparo reto foi colocado obliquamente à direção de propagação, conforme a figura 4:
DESENHO DO EXPERIMENTO AQUI (FIGURA 4)
A ponteira reta foi mantida e o anteparo reto foi trocado pelo curvo, conforme as figuras 5 e 6:
DESENHO DO EXPERIMENTO (FIGURAS 5 e 6)
O vibrador foi desligado e, com o conta-gotas, foi gerado um pulso circular no foco do anteparo côncavo, conforme a figura 7:
DESENHO DA FIGURA 7
Resultados
Conforme o oscilador vibrava (f=22,76 Hz), figura 3, ondas circulares eram geradas em seu foco e, a medida que avançavam em direção ao anteparo (obstáculo) iam aumentando em tamanho e, ao toca-lo, refletiam de volta com o formato do anteparo, e então retornavam a ele com o formato arredondado e assim sucessivamente. Ao diminuir a frequência do estroboscópio, as ondas diminuíam. Foi notado também que as ondas não atravessavam o anteparo, sendo este um obstáculo que impedia a passagem das mesmas. A figura abaixo ilustra o ocorrido:
DESENHO DA FIGURA 8 AQUI
Ao ligar a luz, foi notado que a onda se propagou, sendo refletida pelo espelho na parte da frente da cuba.
Ao colocar o anteparo na diagonal e trocar a ponteira pela ponteira reta, conforme figura 4, foi notado que as ondas ainda não atravessaram para o outro lado. Isto se deve ao foco de vibração estar localizado aproximadamente no meio da cuba. Foi notado que o ângulo de incidência foi o mesmo de reflexão. A figura abaixo ilustra o ocorrido:
DESENHO DA FIGURA 9 AQUI
Ao colocar a ponteira reta e um anteparo curvo, foi observado que as ondas se propagavam de modo a partirem “retas” da ponteira reta e, ao se aproximarem do anteparo, foram formando círculos, conforme a figura abaixo:
DESENHO DA FIGURA 10 AQUI
Ao inverter o anteparo curvo, foi notado que as ondas se comportavam de modo diferente, conforme figura abaixo:
DESENHO DA FIGURA 11 AQUI
Com base na parte do experimento realizada e ilustrada na figura 8, foi possível desenhar imagem virtual (figura 12) e determinar a velocidade dessa onda. Foi anotada a distância entre uma onda e outra, e feito uma média entre essas distâncias, pois o desenho foi feito a mão, portanto, não apresentou precisão. E então foi realizado o cálculo:
DESENHO DA FIGURA 12 AQUI
MÉDIA E CÁLCULO AQUI
Foram ainda colocados dois anteparos curvos e deixado cair alguns pingos de água, com o conta gotas, em seus focos. Foi observado que a partir da gota formavam ondas circulares até encontrarem os anteparos curvos, que refletiam com o mesmo formato, conforme ilustra a figura abaixo:
DESENHO DA FIGURA 13 AQUI
Discussão dos resultados
Foram muitas as dificuldades encontradas, dentre elas a principal foi a dificuldade na interpretação do roteiro. A falta de conhecimento com relação a teoria, como sobre as Leis de Snell, contribuíram para que o experimento não fosse totalmente compreendido.
As observações possibilitaram reconhecer que uma onda, ao incidir em um anteparo (obstáculo), se refletia, de modo a possuir o mesmo formato que o anteparo. Foi também possível observar o foco, tanto da onda, quanto de sua projeção (imagem virtual) formada na parte da frente da cuba.
Conclusões
Foi possível observar através deste experimento que ondas mecânicas refletem ao encontrar um objeto. Este experimento possibilitou analisar também outras características das ondas como a direção de propagação e sua velocidade. Está velocidade foi calculada através de observações e medições entre uma onda e outra com base na imagem virtual formada na parte da frente da cuba.
Conforme os aspectos apresentados, é possível concluir que este experimento foi um tanto confuso em sua compreensão e parte dos objetivos não foi alcançada devido à dificuldade de realizar o procedimento experimental e efetuar as observações nos momentos certos.