PORTFÓLIO PAULO Física Ondulatória e óptica

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ENGENHARIA CIVIL – 7° SEMESTRE
PAULO DA SILVA FILHO – RA 540762018
PORTFÓLIO DE DESAFIOS
RESOLUÇÃO DOS DESAFIOS 1, 2, 3, 4, 5 E 6. 
Curitiba
2021
PAULO DA SILVA FILHO – RA 540762018
PORTFÓLIO DE DESAFIOS
RESOLUÇÃO DOS DESAFIOS 1, 2, 3, 4, 5 E 6. 
Trabalho apresentado ao Curso de Engenharia Civil doCentro Universitário ENIAC para a disciplina de Física: Ondulatória e óptica.
Profª Maria Cristina Tagliari Diniz
Curitiba
2021
Desafio 1 – Movimento harmônico simples: sistema massa-mola
Imagine a seguinte situação: você prende a extremidade de uma mola, de constante elástica k, à parede, e na outra extremidade, você acopla um bloco de massa m.O bloco fica apoiado a uma superfície horizontal paralela à mola e com atrito desprezível:
​​​​​​​O sistema está inicialmente em sua posição de equilíbrio, ou seja, a mola não está distendida nem comprimida. Você, então, puxa suavemente o bloco, distendendo a mola e, de um determinado ponto, o solta.
Descreva o movimento que irá ocorrer. Qual função matemática poderia ser utilizada para descrever este movimento? Em que posição(ões) o bloco teria sua aceleração máxima?
Parte superior do formulário
Parte inferior do formulário
Resposta
Ao puxar o bloco e deformar a mola, surge uma força elástica, dada pela lei de Hooke como F=-kx, sendo x a deformação da mola.
Quanto maior a deformação, maior será o módulo da força F, que surge na mesma direção da deformação, mas em sentido contrário. Ao soltar o bloco, ele será puxado pela mola na direção da posição de equilíbrio.
Ao chegar na posição de equilíbrio, no entanto, devido à velocidade adquirida pelo bloco, ele não irá parar, irá continuar deslizando comprimindo a mola.
Assim, ele ficará oscilando em torno da posição de equilíbrio indefinidamente, ou até que sua energia seja dissipada.
​​​​​​​Levando em conta que neste movimento as posições se repetem no tempo, dois exemplos de funções que poderiam representá-lo são a função seno e a função cosseno.
Já que a força resultante agindo sobre o bloco é a força elástica, e esta depende da deformação da mola, os pontos onde a aceleração será máxima são os pontos onde a força é máxima, ou seja, nas extremidades do movimento.
Desafio 2 – Osciladores e o Movimento Harmônico Simples
A velocidade é uma das grandezas mais estudadas na física. Em uma colisão, a associação entre a massa e a velocidade (quantidade de movimento) mensura o impacto que ela exerce em uma colisão.
Sendo assim, analise um sistema constituído por uma mola com constante elástica igual 800 N/m e um projétil com massa igual a0,5 kg.
Analise a velocidade desta colisão, considerando que o sistema oscila com amplitude de A=0,5 m depois da colisão.
Resposta
A velocidade desta colisão, considerando que o sistema oscila com amplitude de A=0,5 m depois da colisão será de 20m/s.
Desafio 3 – Energia em MHS
O pêndulo de Foucault possibilita observar evidências do movimento da Terra. Quanto mais longo o pêndulo, melhor se torna a observação. O pêndulo de Foucault instalado no Panteão de Paris, em 1851, possuía 67 m de comprimento e uma massa de 28 kg. 
Se ele for colocado a oscilar a partir de um ângulo de 15° (cerca de 0,26 rad), qual será sua velocidade máxima?
Resposta
Uma solução para este problema é utilizando a expressão para a velocidade do pêndulo em qualquer instante, que é deduzida nesta Unidade de Aprendizagem a partir da conservação da energia. Temos que:
Que resulta em: v= 6,65m/s
Se utilizarmos a aproximação para ângulos pequenos:
​​​​​​​Teremos um resultado muito parecido: v= 6,66m/s
Desafio 4 – Oscilações Forçadas e Amortecidas
Você provavelmente já ouviu relatos de que, emitindo um som de uma frequência muito particular, é possível quebrar uma taça de cristal.
Resposta
Esse fato é explicado pelo fenômeno físico da “ressonância”, que ocorre quando uma força é aplicada sobre um sistema com frequência igual ou muito próxima da frequência fundamental desse sistema. A ressonância ocasiona um aumento na amplitude de oscilação maior do que aquele ocasionado por outras frequências.
O que ocorre com a taça de cristal ao se quebrar devido à emissão de um som muito particular é a ressonância.
Todos os corpos possuem uma frequência natural, que depende da composição deste, de seu formato, de sua elasticidade. Esta frequência natural é a frequência que o objeto irá vibrar ao ser perturbado. Na verdade, as moléculas que constituem o corpo já estão vibrando sempre, mas de forma imperceptível, com amplitudes de oscilação muito pequenas. Quando se produz uma vibração nas imediações deste corpo (uma onda sonora, por exemplo) está vibração pode perturbar o corpo. Se a frequência desta perturbação forçada coincidir com a frequência natural do corpo, ocorrerá um drástico aumento na amplitude de vibração do corpo. Se este corpo for, por exemplo, uma frágil taça de cristal, a ressonância pode ser responsável pela sua quebra.
Desafio 5 –Movimento ondulatório unidimensional
Uma antiga brincadeira de criança era conversar através de um telefone de lata, que consistia em duas latas com furos na base por onde passava um barbante, ligando uma à outra. Assim, para falar com o amigo que estava suficientemente longe (tão longe quanto alcançava o barbante), falava-se dentro de uma lata enquanto o amigo colocava a sua lata próxima ao ouvido.
Resposta
Desde a antiguidade, se buscava reduzir o tempo o tempo de transmissão das mensagens e também dar as mesmas a segurança do recebimento, sem haver quebra do sigilo. Com esse objetivo muitos métodos e instrumentos foram inventados, antes da invenção do telefone eletromagnético, surgiram dispositivos acústicos mecânicos para transmitir palavras faladas e música através de uma distância maior do que a fala normal. 
Os primeiros telefones mecânicos foram baseados na transmissão do som através de tubos ou outros meios físicos, e entre os primeiros experimentos foram aqueles realizados pelo físico britânico e polímata Robert Hooke 1664-1685.
No ano de 1667, o físico inglês Robert Hooke,apresentou o método do emprego do fio esticado para transmitir o som e funciona quando se conecta dois diafragmas com uma corda ou fio esticado, que transmite som por vibrações mecânicas de um para o outro ao longo do fio (e não por uma corrente elétrica modulada). O exemplo clássico é o brinquedo das crianças feito por conectando o fundo de dois copos de papel, latas de metal ou garrafas de plástico com corda tensa. Foi esse o princípio de transmissão sugerido por Hooke.
O som é uma onda mecânica. Ao falar dentro da lata, a criança emite uma onda sonora que perturba o ar dentro da lata, esta perturbação se propaga, atingindo o barbante. No barbante, a perturbação continua a se propagar, indo até a outra lata, onde volta a se propagar no ar e, se houver alguém suficientemente perto para ouvir, perturbando o tímpano e proporcionando a sensação de audição.
Desafio 6 –Princípio da Superposição e Ondas Estacionárias
Na praia, quando uma onda que ainda não arrebentou se aproxima, ela somente levanta uma pessoa, ela não a leva. Por isso, responda: isso acontece por que a pessoa é uma onda e se superpõe com a onda que a levanta? Se a resposta for não, explique o que acontece.
Resposta
A refração acontece quando uma onda atinge uma região que separa dois meios e a atravessa, passando a se propagar no outro meio. Desta forma, há alteração na velocidade de propagação (já que esta só depende do meio), o que gera uma alteração no comprimento de onda, mas sem que haja alteração na frequência. Isso vem acompanhado, na maioria dos casos, de uma alteração na direção de propagação da onda.
É essa alteração que explica o porquê as ondas do mar chegam sempre “de frente” à costa, mesmo sendo esta toda “recortada”. Se observarmos o oceano de cima, de um ponto mais elevado numa costa, veremos o padrão horizontal de cristas de onda que se aproximam dela. Mas, independente da direção dasquais as ondas venham, elas acabam chegando à costanuma direção quase perpendicular a ela. Isso acontece porque a profundidade do mar diminui à medida que a onda se aproxima da costa, alterando a velocidade de propagação das ondas.
Na refração, o ângulo θ1 formado entre o raio de onda incidente e a direção perpendicular à superfície, chamada de direção NORMAL, possui uma relação com o ângulo θ2 formado pela direção normal e pelo raio refratado. Essa relação é chamada de Lei de Snell-Descartes:
Não, a pessoa não é uma onda mecânica e consequentemente não se superpõe a onda do mar. Entretanto a superposição ocorre com a água do mar, aumentando o nível do mesmo. Assim, como você está flutuando, apenas acompanhará o novo nível do mar e não será levado pela onda.
Conclusão:
Esse trabalho contribuiu substancialmente somando um importante conhecimento em relação a essa ciência natural e suas interações entre matéria e energia. Essa disciplina nos faz entenderos fenômenos mais fundamentais da natureza, desde os mais simples até os mais complexos. Através desse estudo podemos entender os mais variados movimentos que nos cerca desde os gerais até aos mais naturais, eesse saber não somente satisfaz muitas curiosidades, como também é a solução para muitos problemas, além de significar também uma questão de sobrevivência porque sua aplicação está aliada a tantas outras ciências e associada às diversas técnicas foi responsável pela origem de toda a tecnologia que temos atualmente e que tanto melhorou nossa vida.
A aplicação da física na engenharia civil tem fundamental importância principalmente quando se trata de cálculo de força aplicada nas vigas, nível de torção de uma barra de ferro, a pressão de fluidos em condutos, resistência mecânica, entre outros. A física pode ser entendida como uma ferramenta de trabalho do engenheiro. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
HALLIDAY, D.; RESNICK, R. Fundamentos da Física. 6.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002. cap 16-18, 34-41, v.2 e v4.
http://fisica-emacao.blogspot.com/2014/06/relatorio-telefone-de-lata-1-parte_6281.html - acesso em 10/02/2021.
http://educacao.globo.com/fisica/assunto/ondas-e-luz/fenomenos-ondulatorios.html - - acesso em 10/02/2021.
YOUNG H. D.; FREEDMAN, R. A., Física IV: ótica e física moderna. 12. ed. São Paulo: Addison Wesley, 2009. cap. 35, v. 1.