Ondas sonoras
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Características das ondas
A
T
f
Quando surgir este sinal, explore a animação!
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Comunicação – produção e propagação de sinais
Toda a comunicação de informação envolve a transmissão e uso de sinais.
Sinal Um sinal é uma perturbação de qualquer espécie que é usada
para comunicar (transmitir) uma mensagem ou parte dela.
Propagação
de um sinal Sinais originam ondas que se propagam no espaço e no tempo.
Numa onda há propagação de energia,
por vezes a grandes distâncias, mas não
há deslocamento de matéria. Há
apenas oscilações das partículas.
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O que é uma onda? (propagação de uma perturbação)
O que acontece numa onda é mais ou menos
o que acontece no chamado «efeito dominó».
Uma perturbação é causada, por alguém ou
por alguma fonte, e esta perturbação
propaga-se de um ponto para outro
Efeito «dominó»
Quando se coloca uma fila de dominós, por exemplo, e se derruba o primeiro,
causa-se uma perturbação somente no primeiro dominó.
A perturbação propaga-se de um lugar para o outro.
A perturbação causada no primeiro dominó chega até ao último, derrubando-o,
apesar de cada dominó não ter saído da sua posição inicial.
A energia aplicada ao primeiro dominó chega até à última peça.
A perturbação transportou somente energia.
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Ondas – propagação de sinais
Toda a comunicação de informação envolve a transmissão e uso de sinais.
Emissão Propagação Recepção
Vibração de
um objeto
Onda de som
(mecânica)
Ouvido
(membrana)
Som
Luz Oscilações de
cargas eléctricas
Onda de luz
(electromagnética)
Olho
(retina)
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Ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas
Ondas mecânicas Ondas electromagnéticas
Ondas mecânicas são aquelas que precisam de um meio material para se poderem propagar.
Ondas electromagnéticas não precisam de meios materiais para se propagar.
A perturbação é causada em campos electromagnéticos e propaga-se através deles.
Ondas no oceano Som
Todas são perturbações causadas em meios materiais
A luz do Sol chega até nós mesmo existindo vácuo no espaço.
Outros exemplos de ondas electromagnéticas são as
microondas, as ondas de rádio etc.
Luz
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Tipos de Ondas
Ondas
Ondas transversais Ondas longitudinais
As espiras vibram numa direcção
perpendicular à direcção de propagação
da onda.
As espiras vibram para um lado e para o
outro da posição de equilíbrio na própria
direcção de propagação.
As ondas eletromagnéticas são ondas
transversais.
As ondas sonoras (gases e líquidos) são
ondas longitudinais.
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Exercício 1
R:
As ondas sonoras são ondas longitudinais ou transversais?
Na frase seguinte, apague o termo que não interessa entre as duas
hipóteses apresentadas.
“Nas ondas sonoras, a direção de vibração é (vertical/horizontal);
esta direção (coincide/não coincide) com a direção de
(condução/propagação).”
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Onda sonora – onda longitudinal
Formam-se:
• zonas de compressão ( zonas com mais ar e,
por isso, com maior pressão)
• zonas de rarefacção (zonas com menos ar,
ou seja, com menor pressão)
… que se vão ambas propagando no espaço.
As vibrações da fonte sonora (por exemplo,
um diapasão), comprimem e descomprimem
sucessiva e periodicamente o ar em volta da
fonte sonora.
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Características das ondas
A
Frequência (f)
Número de vibrações por segundo.
A unidade do Sistema Internacional é o hertz (Hz)
Comprimento de onda ()
Distância entre os inícios de duas cristas (ou ventres) consecutivos.
A unidade do Sistema Internacional é o metro (m)
Período (T)
Tempo de uma vibração completa
A unidade do Sistema Internacional é o segundo (s)
Amplitude (A)
Distância máxima entre uma crista (ou um ventre) e a posição de equilíbrio.
A unidade do Sistema Internacional é o metro (m)
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Comprimento de onda, c.d.o. ()
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Ondas com amplitudes (A)
diferentes
Características das ondas
Ondas com períodos (T),
frequências (f) e
comprimentos de onda ()
diferentes
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Exercício 2
O gráfico abaixo representa a propagação de uma onda.
Quantas oscilações completas estão representadas na figura?
R:
O comprimento de onda está representado pela letra ….
A amplitude da onda está representada pela letra ….
Complete as frases seguintes com as letras A, B, C ou D da figura.
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Exercício 3
Resposta:
Observe a representação abaixo de uma onda.
Indique o valor da amplitude (A) e do comprimento de onda ().
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Considere, por exemplo, que há 100 oscilações completas em cada
segundo.
Para determinar o período, calcula-se o intervalo de tempo que uma
oscilação demora a efectuar-se:
s 0,01TT 100
1
Se há 100 oscilações completas em cada segundo, então a
frequência é de 100 Hz: Hz 100f
Logo, o período é o inverso da frequência e vice-versa
f
1T
T
1f
Relação entre período (T) e frequência (f)
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Exercício 4
Exemplos resolvidos
Se f = 20 Hz sT 05,020
1
Se T = 4 s Hzf 25,04
1
Para resolver:
f = 10 Hz
T =
T = 0,4 s
f =
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Exercício 5
O gráfico ao lado representa a
propagação de uma onda.
Cada quadrícula mede 2 cm de lado.
Com base nas informações do gráfico,
determine, em unidade S.I.:
a) O comprimento de onda
=
b) A amplitude
A =
c) O período
T =
c) A frequência
f =
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Exercício 6
R:
A figura seguinte representa uma onda de frequência 20 Hz.
a)Indique a amplitude (A).
c) Calcule o período.
b)Indique o c.d.o. ().
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Velocidade
Toda as ondas possuem uma velocidade de propagação.
Geralmente a velocidade da onda depende do meio material
onde ela se está a mover.
Para calcular esta velocidade média
é preciso dividir a distância percorrida
pela onda pelo tempo.
A tabela permite comparar, por exemplo, a
velocidade do som em diferentes meios.
Em que material o som se propaga com maior velocidade?
Água ou ar?
t
dv
Características das ondas
Meios materiais Velocidade de propagação
do som (m/s)
Ar (0 ºC) 330
Ar (20 ºC) 340
Água (20 ºC) 1480
Água (25 ºC) 1498
Cobre (20 ºC) 3750
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Exercício 7
Resposta:
Classifique as afirmações que se seguem como verdadeiras ou falsas.
(A) A velocidade de propagação de som na água é maior do que no cobre, à
mesma temperatura.
(B) A velocidade de propagação do som na água é menor do que no ar, à
mesma temperatura.
(C) A velocidade de propagação do som na água a 25 ºC é igual à
velocidade de propagação do som na água a 0 ºC.
(D) A velocidade de propagação do som aumenta com a temperatura.
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Exercício: Numa noite de trovoada, ouvi o trovão (som) 5 segundos após ter visto o
relâmpago (descarga eléctrica com emissão de luz). A que distância caiu o relâmpago?
No ar: Luz: v ≈ 300 000 000 m/s Som: v = 340 m/s
Dados: v = 340 m/s t = 5 s
Pedido: d = ?
Resolução:
R: O relâmpago caiu a uma distância de 1700 m (1,7 km).
t
dv
5340
d
d = 340 5 = 1700 m
Velocidade de propagação – exercício resolvido
t
dv
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Exercício 8
R:
A Sofia viu um relâmpago e passados 4 s ouviu o som do trovão.
Sabendo que a velocidade de propagação do som no ar é 340 m/s, a
Sofia fez os cálculos e concluiu que o núcleo da trovoada estava a
cerca de 3 km.
Determine a distância e mostre que a Sofia errou nos seus cálculos.
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Frequência (f) e comprimento de onda ()
fv O produto entre o c.d.o. () e a frequência (f) é
igual à velocidade de propagação da onda (v).
Este facto é fácil de compreender fazendo uma analogia com o
caminhar do adulto e da criança da figura ao lado.
Os dois caminham lado a lado, ou seja, à mesma velocidade.
Como a criança dá passos de menor comprimento, terá que, para
acompanhar o adulto, movimentar as pernas com maior frequência
(maior número de passos por segundo).
As grandezas frequência e comprimento de onda relacionam-se através da expressão:
Num dado meio material, quanto maior for a frequência (f) de uma onda
sonora, menor será o seu comprimento de onda ().
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Características das ondas – exercício resolvido
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Características das ondas – exercício resolvido
Exercício resolvido:
Uma onda sonora de 20 Hz propaga-se no ar a uma velocidade de 340 m/s.
Qual o seu comprimento de onda?
Resolução: v = f ×
v = 340 m/s 340 = 20 ×
f = 20 Hz Então, = 340 20 = 17 m
= ? O comprimento de onda é de 17 m.
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Exercícios 9 e 10
R:
Determine a frequência de uma onda sonora que se propaga na água com um
comprimento de onda de 30 m.
A velocidade de propagação na água é de 1500 m/s.
Uma onda sonora de 5000 Hz propaga-se no ar (v = 340 m/s).
Qual é o seu comprimento de onda?
R: