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Ciências Físico-Químicas 11º anoFicha de trabalho nº10

“Ondas e eletromagnetismo 1 – Sinais e ondas.”

1. Na figura pode ver-se o perfil de uma onda em dois instantes t1 e t2 na qual se propaga um sinal da direita para a esquerda com velocidade igual a 10 ms -1. Seleciona a alternativa correta. (A) No instante t1 o ponto P move-se para a esquerda.

(B) No instante t2 o ponto P move-se para baixo.

(C) t1 – t2 = 2,5 ms.

(D) t1 > t2.

2. Um menino ao balançar um barco produz ondas na superfície de um lago. O barco oscila 16 vezes em 10 s e cada oscilação produz, num ponto P na proximidade do barco, uma crista de onda 5 cm acima da superfície do lago. Uma determinada crista de onda chega à margem do lago, a doze metros de distância, em 6,0 s.

2.1. Determina o comprimento de onda das ondas que se propagam na superfície do lago.2.2. Escreve a função que descreve corretamente a elongação na direção vertical do ponto P, considerando que a oscilação do

barco é harmónica.2.3. Admitindo que a velocidade de propagação não depende da frequência da onda, seleciona a alternativa que completa

corretamente a afirmação seguinte: Se o menino balançar o barco com maior frequência, mas com a mesma amplitude …(A) … a distância entre duas cristas consecutivas vai aumentar.(B) … o período de vibração do movimento do ponto P aumenta.(C) … a intensidade da onda que atinge o ponto P aumenta.(D) … a altura da crista da onda que atinge o ponto P aumenta.

3. A extremidade de uma corda muito comprida é posta a oscilar, harmónica e transversalmente, no instante t = 0 s. A origem da corda tem um movimento de oscilação com amplitude constante. Na figura representa-se o perfil da corda no instante t = 1 s.

3.1. Escolhe a opção que completa corretamente a afirmação seguinte: O período de oscilação é …

(A) … 0,8 s(B) … 0,4 s

(C) … 0,25 s(D) … 1,0 s

3.2. Qual dos seguintes gráficos descreve corretamente a posição do ponto P no intervalo de tempo de t = 0 s e t = 1 s?

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4. Numa experiência, um corpo preso a uma mola oscila na direção vertical com um período de 0,4 s. Ao atingir o ponto mais baixo da sua trajetória o corpo toca na superfície do líquido originando pulsos circulares que se propagam com velocidade de 0,8 ms-1, como ilustrado na figura.

4.1. Calcula a frequência da onda originada na superfície do líquido. 4.2. Determina a distância entre duas cristas consecutivas da onda gerada.

5. Uma série de oscilações periódicas originam, na superfície de um lago, ondas que se propagam, inicialmente, com velocidade de módulo 2,9 ms-1 e comprimento de onda 4,2 m. Na região menos funda do lago essas ondas passam a ter uma velocidade de 1,8 ms-1. Calcula o c.d.o. das ondas na região menos funda do lago.

6. A figura representa uma parte de uma corda em que uma onda transversal se propaga com velocidade igual a 2,0 ms -1. A figura representa a corda no instante t = 0 s.

6.1. Calcula a frequência de oscilação da corda. 6.2. O instante em que a distância entre os pontos P e Q da corda é mínima é …

(A) 10 ms(B) 12,5 ms

(C) 25 ms(D) 50 ms

7. Com um microfone ligado a um osciloscópio, no qual se mantiveram as escalas vertical e horizontal, observaram-se os sinais seguintes.

7.1. Explica qual a função de um microfone.7.2. De entre os sinais representados escolhe o que

corresponde ao som …

(A) Harmónico menos intenso.(B) Harmónico de maior c.d.o.(C) Complexo de menor frequência

fundamental.

7.3. Das seguintes afirmações escolhe a correta.(A) Para o sinal E, com uma pequena régua,

podiam-se medir 3 c.d.o. no ecrã.(B) O sinal A é o que foi originado por uma onda de maior velocidade.(C) Os sinais C e E correspondem à mesma nota, produzida por instrumentos diferentes.(D) O sinal B tem um período maior do que o sinal D.

7.4. Indica o nome dado à caraterística do som que permite ao ouvido humano distinguir os sons correspondentes aos gráficos C e E?

7.5. No entanto existem ondas de natureza diferente das ilustradas acima. Completa a frase seguinte escolhendo a opção correta: Um sinal eletromagnético … de um meio material para se propagar e produz ondas …

(A) Necessita … transversais.(B) Não necessita … transversais.

(C) Não necessita … longitudinais.(D) Necessita … longitudinais.

8. Considera uma partícula que executa um movimento harmónico simples, de acordo com a lei: y (t) = 0,16 sin (8t) (SI).8.1. Determina o período do movimento.8.2. Determina a amplitude do movimento.8.3. Determina os instantes em que a partícula atinge a posição de equilíbrio.8.4. Determina os instantes em que a partícula atinge a posição mais afastada da posição de equilíbrio.

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“Ondas e eletromagnetismo 1 – Sinais e ondas.”9. A energia mecânica de um oscilador harmónico simples é de 50 J, quando o oscilador passa pelas posições correspondentes a

elongações cujo módulo é máximo. Indica os módulos das energias cinética e potencial nessas posições.

10. A figura representa ondas produzidas numa tina de ondas, estando o gerador de ondas ajustado para uma frequência de 6,0 Hz. As zonas escuras representam cristas e as zonas claras representam vales. A distância entre os pontos A e B é 20,8 cm.

10.1.Calcula a velocidade de propagação das ondas na água. 10.2.Se a frequência do gerador triplicar, supondo a velocidade constante, como mudaria

a distância entre duas zonas escuras consecutivas?

11. Considera dois sinais sonoros, A e B, a propagarem-se em dois meios diferentes. Nos gráficos da figura estão representadas as posições das partículas em cada um dos meios, em determinado instante, devido à propagação dos sinais. A velocidade de propagação no meio 2 é superior à velocidade no meio 1.

11.1. Compara, justificando, a frequência dos sinais A e B.11.2. Classifica em verdadeira e falsa as afirmações seguintes.

(A) A velocidade de propagação de um sinal sonoro aumenta se a amplitude de vibração diminuir.(B) A distância percorrida pelo som, num determinado meio material, é proporcional ao tempo que o som demora a

percorrê-la.(C) O valor da velocidade de propagação do som nos líquidos nem sempre é superior ao valor da velocidade de

propagação nos gases.(D) Quanto maior for a temperatura do ar, menor é o valor da velocidade de propagação do som através dele.

12. Os tsunamis são gerados por atividade sísmica, como tremores de terra, vulcões, etc. As ondas geradas movem-se a uma velocidade de 500 kmh-1, aproximadamente, com períodos que vão de 5 a 60 minutos.

12.1. Qual a ordem de grandeza do comprimento de onda das ondas do tsunami.12.2. Ocorreu uma erupção vulcânica num ponto do oceano a 1500 km de uma ilha da Indonésia. Quanto tempo demora o

tsunami resultante a atingir a costa da ilha.

13. Observa a figura: numa corda presa a um oscilador P gera-se uma onda. A onda propaga-se na corda a uma velocidade de 3,0 ms-1. O movimento de P é descrito pelo gráfico abaixo.

13.1. Quantas oscilações completas realiza cada ponto da corda num minuto?

13.2. A que distância se propaga a onda ao fim de 30 s? 13.3. Escreve, em unidades SI, a função que descreve o movimento de P. 13.4. Determina a distância entre as abcissas dos pontos A e B.13.5. Como se pode aumentar a energia do oscilador P?

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14. Dois sons produzidos no ar são analisados num osciloscópio, visualizando-se dois sinais elétricos A e B. A velocidade de propagação dos sons é a mesma.

14.1. Identifica, justificando, que dispositivo deve ser ligado ao osciloscópio para analisar os sons.

14.2. Assinala a opção que permite completar a frase: O sinal A tem … amplitude e … frequência do que o sinal B.

(A) Maior … maior.(B) Maior … menor.

(C) Menor … maior.(D) Menor … menor.

14.3. Qual dos sinais representa o som mais alto?14.4. A frequência do sinal B é:

(A) 4 vezes superior à frequência do sinal A.(B) 1,6 vezes inferior à frequência do sinal A.

(C) 1,6 vezes superior à frequência do sinal A.(D) 4 vezes inferior à frequência do sinal A.

14.5. Relativamente à onda sonora A, a onda sonora B tem um comprimento de onda:

(A) 4 vezes superior.(B) 1,6 vezes inferior.

(C) 1,6 vezes superior.(D) 4 vezes inferior.

15. Uma onda propaga-se numa corda. A figura mostra o perfil da onda no espaço em dois instantes diferentes.15.1. Determina o módulo da velocidade de propagação da onda na

corda. 15.2. Escreve a função y (t) que descreve a posição da extremidade da

corda para x = 0.15.3. A corda não é homogénea, tornando-se mais fina em posições mais

afastadas da origem. Quando a onda se propaga para esse lado da corda verifica-se que há variação:

(A) Da velocidade e do c.d.o.(B) Da velocidade e da frequência.

(C) Do c.d.o. e da frequência.(D) Só da velocidade.

16. A extremidade de uma mola é posta a oscilar continuamente. Para um dado instante, na mola verifica-se o que mostra a figura. Considera que a mão origina, numa espira, um afastamento, x, em relação à sua posição de equilíbrio, descrito pela função x = 0,040 sin (12π t), com as grandezas expressas nas unidades SI.

16.1. Justifica a afirmação «aquela onda na mola não poderá servir como modelo para uma onda eletromagnética».16.2. Na figura, que distância representa um comprimento de onda?16.3. Apresentando todas as etapas de resolução, determina a velocidade de propagação da onda.16.4. Indica uma letra que assinale uma zona com espiras que irão sofrer uma descompressão.16.5. Num dado instante a frequência de oscilação passou para o dobro. Seleciona a alternativa correta: A velocidade da onda

…, o comprimento de onda …

(A) Aumenta para o dobro … mantém-se.(B) Diminui para metade … mantém-se.

(C) Mantém-se … aumenta para o dobro.(D) Mantém-se … diminui para metade.

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“Ondas e eletromagnetismo 1 – Sinais e ondas.”17. Em duas situações a extremidade de uma mesma mola foi posta continuamente a oscilar no plano horizontal por um sinal

harmónico, e com igual afastamento máximo da extremidade da mola, em relação à sua posição de equilíbrio. Verificou-se que a velocidade de propagação na situação I é maior que na situação II. A figura seguinte mostra as fotografias de cada uma dessas situações e a escala em que se apresentam.

17.1. Conclui, justificando, por que se pode afirmar que em ambas as situações foram originadas ondas.

17.2. Classifica as ondas originadas quanto ao tipo e quanto ao modo de propagação.17.3. Na situação II, a fonte de oscilação demorava 0,10 s a percorrer 10 cm entre duas posições extremas. Em unidades SI o

sinal na extremidade da mola pode ser descrito pela função …

(A) y = 5 x 10-2 sin (10πt)(B) y = 10 x 10-2 sin (10πt)

(C) y = 5 x 10-2 sin (20πt)(D) y = 10 x 10-2 sin (20πt)

17.4. Sobre aquelas duas ondas, pode afirmar-se que a onda da situação II tem …

(A) Maior frequência do que a da onda I.(B) Menor frequência do que a da onda I.

(C) Maior amplitude do que a da onda I.(D) Menor amplitude do que a da onda I.

17.5. Determina a velocidade de propagação da onda II na mola. Apresenta todas as etapas de resolução.

18. Admite que a extremidade da corda está ligada a uma fonte emissora de sinais harmónicos. A figura traduz a variação temporal do movimento oscilatório de um ponto da extremidade da corda. O módulo da componente escalar da velocidade de propagação da onda ao longo da corda é 4,0 ms-1.

18.1. Escreve, em unidades SI, a equação que descreve a função y = f (t), correspondente à posição do ponto da extremidade da corda ao longo do tempo.

18.2. Seleciona a opção correta.(A) O número de oscilações que a extremidade da corda executa por unidade

de tempo é 1,43 Hz.(B) A frequência angular é 0,71 rads-1.(C) A extremidade da corda afasta-se, no máximo, 20 cm relativamente à posição de equilíbrio.(D) O período de oscilação da extremidade da corda é 2,45 s.

18.3. Determina o valor do comprimento de onda.

19. Um método utilizado para sinalizar a presença de barcos – farol quando havia nevoeiro consistia no seguinte: o barco – farol (A) emitia um sinal sonoro por uma sirene situada num ponto elevado do barco e, simultaneamente, outro sinal sonoro por um emissor (um gongo) situado debaixo de água. Ambos os sinais podiam ser detetados por outros barcos. Os tripulantes de um barco (B) que se encontrasse na vizinhança obtinham a distância ao barco – farol cronometrando o intervalo de tempo entre a chegada dos dois sinais sonoros.

19.1. Supõe que a temperatura do ar é de 20°C e que a temperatura da água é de 25°C. Calcula, utilizando os dados da tabela, a distância entre os dois

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“Ondas e eletromagnetismo 1 – Sinais e ondas.”barcos se os dois sinais sonoros forem detetados pelo barco (B) com uma diferença de 9 s. Despreza os efeitos dos ventos e das correntes marítimas na propagação do som.

19.2. Ondas sonoras utilizadas para deteção de objetos submersos (ondas de sonar) têm comprimento de onda da ordem dos 30 cm. Ondas eletromagnéticas com o mesmo c.d.o. são utilizadas no radar. Indica duas diferenças nas caraterísticas destes dois tipos de ondas.

19.3. Uma partícula de um meio em que se propaga uma onda efetua um movimento oscilatório harmónico simples. A equação que exprime a posição, x, da partícula que efetua este movimento, em função do tempo, t, é x = 2,0x10-2 sin (24πt) (SI). Calcula o período do movimento da partícula.

Soluções rápidas:1- (B)2- 1,25 m; y = 5x10-2 sin (3,2πt); (C)3- (C); (A)4- 2,5 Hz; 0,32 m5- 2,6 m6- 10 Hz; (C)7- D-D-F; (C); timbre; (B)8- 0,8 s; 0,16m; 0 – 0,40 – 0,80 … s; π/16 -3 π/16 - 5π/16 …9- Ec = 0J; Ep = 50J10-0,250 ms-1; 3 vezes menor.11- f2 >f1; F-V-V-F12-4 e 5; 3h.13-1800 osc; 90m; y = 9x10-2 sin (60πt); 0,100m; aumentando f ou A.14- (B); (B); (C); (B)15-10ms-1; y = 10x10-2 sin (5πt); (A)16-V; 1,50m; 9,0 ms-1; D ou F; (D)17- (A); (B); 2,0 ms-1

18-y = 20x10-2 sin (1,4πt); (C); 5,6m19-3977m; 8,3x10-2s.

Pedro Reis Goucho