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Aula 01 – Onda A onda – Manuel Bandeira a onda anda aonde anda a onda? a onda ainda ainda onda ainda anda aonde? aonde? a onda a onda Para caracterização de ondas é necessária a identificação de algumas características que as diferenciam e que as determinam como ondas. A primeira parte deste texto irá discutir as características que diferenciam as ondas e na segunda parte do texto serão observadas as características comuns aos diversos tipos de ondas. Uma onda pode ser caracterizada como um distúrbio ou perturbação, que transporta energia por um meio sem a necessidade de transporte de matéria. Características Gerais As ondas possuem características gerais que são importantes para a caracterização de seu movimento e da energia que transportam. Para seu estudo é necessária a identificação das características gerais inerentes a todas as ondas listadas a seguir. 1. Meio de propagação 2. Forma de propagação 3. Direção de oscilação (vibração) 4. Periodicidade 5. Frequência 6. Deslocamento e Velocidade 1. Meio de propagação Quanto ao meio de propagação as ondas podem ser classificadas de duas maneiras. As ondas que possuem a necessidade de um meio material para a propagação, como a vibração em uma corda. Estas ondas são conhecidas como ondas mecânicas. As ondas que conseguem propagar na ausência de um meio material são conhecidas como ondas eletromagnéticas. A Figura exemplifica o comportamento de ondas mecânicas e eletromagnéticas quando a sua propagação, acima temos uma onda mecânica e abaixo o esboço de uma onda eletromagnética. Notas de aula – Biofísica Professor Mário 2 Na ilustração podemos perceber que a onda mecânica consegue manter a propagação até a região sem matéria (vácuo) aonde é interrompida, enquanto a onda eletromagnética consegue manter sua trajetória mesmo na região de vácuo. Fonte: //www.pontociencia.org.br/galeria/?content%2FFisica%2FOptica%2F Na ilustração seguinte observamos uma onda eletromagnética que é uma onda constituída por dois campos que oscilam simultaneamente e de forma paralela, um plano de oscilação magnética e outro de oscilação elétrica. Fonte: //clickgratis.blog.br/FisicaTubarao/479027/definicao-sobre-ondas-eletromagmeticas.html Notas de aula – Biofísica Professor Mário 3 Podemos identificar então as ondas eletromagnéticas como ondas unidimensionais e lineares. Na tabela seguinte são identificadas as características de ondas eletromagnéticas do espectro visível. Fonte: //alessandroazuos.blogspot.com.br/2010/03/as-ondas-que-nos-mostram-as-cores.html 2. Forma de propagação As ondas podem propagar-se de três maneiras. Na primeira delas, a propagação ocorre de maneira linear, o que é chamado de propagação unidimensional. A segunda delas ocorre com ondas que se propaga em duas dimensões. Por fim, na terceira ocorre de maneira tridimensional Tabela 1. Direção de propagação de ondas Tipo de propagação Característica de propagação Exemplo Unidimensional Linear Ondas eletromagnéticas Bidimensional Circular Ondulação de queda de uma pedra no lago Tridimensional Esférica Onda sonora em campo aberto 3. Direção de oscilação (vibração) A oscilação de uma onda é um componente característico de uma onda que está associada a direção de propagação e pode ser classificada de duas maneiras. As ondas que possuem direção de oscilação paralela a direção de propagação são chamadas de longitudinais, já as que oscilam de forma perpendicular à sua propagação são chamadas de ondas transversais. Notas de aula – Biofísica Professor Mário 4 Fonte: //www.explicatorium.com/cfq-8/caracteristicas-das-ondas.html Na figura é possível identificar os dois tipos de propagação. Na propagação longitudinal a energia é transmitida no mesmo sentido da onda e na onda transversal a onda propagação ocorre perpendicular no sentido da propagação da energia 4. Periodicidade O período pode ser definido como o tempo que um corpo em movimento oscilatório gasta para efetuar uma vibração completa (ou ciclo), já a frequência é o número de vibrações completas (ou ciclos) que um corpo em oscilação efetua, por unidade de tempo. 5. Frequência A frequência e o período são grandezas inversamente proporcionais e podem ser expressas da seguinte forma: f T 1 ou T f 1 com o período medido em segundos e a frequência medida em s-1 ou Hz (Heartz). Identificamos T como o período de uma oscilação e f como sua frequência. 6. Deslocamento e velocidade O deslocamento de uma onda é ditado de uma forma bem simples pela relação entre seu comprimento de onda e seu período de forma análoga ao que acontece no estudo da Cinemática. Entretanto, neste caso podemos associar a velocidade também com a frequência devido à relação existente entre o mesmo e o período. Simplificando veremos a seguir como deve ser matematicamente expressa tal velocidade. f v ou fv . Notas de aula – Biofísica Professor Mário 5 7. Superposição de ondas A superposição de ondas trabalha com o conceito do encontro de ondas que gera a interferência delas podendo ter um resultado construtivo quando a energia dos intervalos é positiva em ambos ou pode ser destrutiva quando as ondas de encontra possuem energia dos intervalos possui componente positiva e outra negativa. Fonte: //www.eav.eng.br/tech/fisica/Comportamentodasondas.html 8. Teorema de Fourier O Teorema de Fourier é uma equação que associa diversas ondas em uma região estabelecendo o comportamento matemático conjunto destas ondas determinando o comportamento resultante da interferência que elas realizam uma na outro. Fonte: //pds-usf.blogspot.com.br/2014/05/series-de-fourier-teorema-defourier.html Fonte: //cpms-acusticamusical.blogspot.com.br/2009/10/analisis-armonico-el-teorema-de-fourier.html Notas de aula – Biofísica Professor Mário 6 Interação das ondas com a matéria Fonte: //www.scielo.br/pdf/ce/v53n325/a0253325.pdf 1. Transmissão Processo no qual uma onda incidente interage com o material e prossegue com perda de energia, mudança de rota ou sem alteração. 2. Absorção Processo no qual a onda incidente transfere sua energia para a matéria interrompendo sua propagação através do material. 3. Reflexão Processo no qual a onda incidente interage com a matéria retornando para o meio de origem Notas de aula – Biofísica Professor Mário 7 ESTUDO DIRIGIDO Aula 01 Defina o que é onda. O que são ondas eletromagnéticas? Cite um exemplo de onda eletromagnética. Qual é a variável física das ondas sonoras? Qual é a diferença das ondas mecânicas e as ondas não-mecânicas (eletromagnéticas)? Qual é a diferença entre as ondas transversais e as ondas longitudinais? Qual é a diferença uma onda única, um trem de ondas e uma sucessão contínua de ondas? Qual é a diferença entre as ondas progressivas e as ondas estacionárias? Defina o princípio da superposição. Defina o que é interferência de ondas. Quais são os modelos possíveis de interferência?