Portal do Professor - Pulsos e ondas
· Identificar a reflexão de pulsos de ondas numa corda esticada, quando a extremidade da corda é fixa e quando a extremidade da corda é livre.
· Identificar a diferença entre uma onda transversal e uma onda longitudinal.
· Determinar a velocidade de uma onda propagando num meio em função de seu comprimento de onda e de sua freqüência.
Cinemática e Movimento Harmônico Simples
Sugerimos que o professor inicialmente apresente uma animação para a turma, projetando-a numa tela, se possível na própria sala de aulas. Deverá explicar em cada mola, as características dos pulsos, comparando a direção em que ocorrem as perturbações e a direção de sua propagação. A animação se encontra no link a seguir:
Depois poderá realizar uma demonstração experimental bastante simples, para verificar a reflexão de pulsos, quando a extremidade da mola ou da corda em que ocorre a reflexão é fixa e quando esta extremidade é livre para se deslocar. Para isso será preciso de uma mola helicoidal, muito usada em laboratórios de Física; molas similares podem ser encontradas em lojas de brinquedos. Não conseguindo a mola, cordas elásticas também dão um bom resultado. Para demonstração desse experimento use um piso plano, no pátio da escola ou na própria sala de aulas.
Se realizar o experimento na sala, peça aos alunos para se posicionar em círculo, deixando um espaço vazio no centro, onde deverá executar o experimento, de modo que todos possam observar os detalhes do evento.
Fixe uma das extremidades da mola rente ao piso da sala ou do pátio, veja o esquema da Figura 01.
Segure a outra extremidade da mola ao nível do piso, mantendo-a ligeiramente esticada.
Faça um movimento com a mão deslocando a extremidade da mola horizontalmente cerca de 40 cm e retornando ao ponto de partida, produzindo um pulso na mola como na figura.
Espere o pulso refletir e retornar ao ponto de partida; peça aos alunos que observem com atenção o pulso, antes e após refletir.
Repita várias vezes esse procedimento e depois pergunte o que observaram no pulso antes e após refletir.
Pergunte se alguém na turma é capaz de explicar porque há inversão do pulso após refletir, quando a extremidade da mola, ou corda, é fixo?
A reflexão do pulso ocorreu com inversão de fase. Quando o pulso chega à extremidade fixa, cada ponto da corda aplica no ponto fixo uma força e, pelo princípio da ação e reação, o ponto fixo reagirá sobre cada ponto da corda com uma força de mesma intensidade, mesma direção, mas sentido contrário, resultando em um pulso invertido após a reflexão.
Depois solte a extremidade da mola e amarre nela um barbante de pelo menos meio metro. Fixe a ponta do barbante em um ponto bem próximo do solo, veja o esquema da Figura 02. Faça os mesmos procedimentos usados anteriormente e peça novamente atenção por parte dos alunos do pulso antes e após refletir.
Pergunte o que observaram e como explicar porque não houve inversão do pulso após refletir?
· Extremidade livre: Neste caso, quando o pulso chega à outra extremidade, cada ponto da mola não trocará forças com o barbante, de massa desprezível comparado com a massa da mola ou da corda, mantendo o mesmo sentido da perturbação, sem inversão de fase.
Em seguida o professor poderá informar que dois pulsos sucessivos e invertidos formam uma onda completa. Poderá usar a mesma montagem dos experimentos anteriores e com a mola ou corda ligeiramente esticada produzir dois pulsos sucessivos invertidos, deslocando-se a extremidade da corda horizontalmente em um sentido e em seguida para o sentido contrário, movimentos A, B e C, ilustrado no esquema da Figura 03. Depois poderá executar esses movimentos sucessivas vezes, mantendo mesmo tempo de oscilação, para mostrar um trem de ondas.
Na Figura 03 encontra-se detalhe de uma onda completa formada na corda, como pode ser observado em destaque na região amarela, interior da elipse. A sucessão de ondas na corda denomina-se de trem de ondas, parte inferior na figura.
A partir daí o professor deverá fornecer a definição de onda de um modo mais generalizado. Onda é uma perturbação que se propaga em um meio, transferindo energia de um ponto para outro, sem transferência de matéria.
Depois de explicar e definir onda, deverá fornecer as grandezas relacionadas a uma onda. Poderá mais uma vez fazer um ensaio experimental de uma onda numa mola ou corda. Peça que um aluno segure firme uma extremidade da mola ou corda, na outra extremidade com a corda esticada, ambos de pé, o professor deverá mover a extremidade da mola (corda) na vertical, para cima e para baixo, sucessivas vezes, gerando um trem de onda como na Figura 04. Apresente essa figura, projetando-a na tela, ou desenhe no quadro e explique que a figura é como se fosse uma foto da onda, registrada em um determinado instante, de um ponto frontal à corda. Com base no esquema da Figura 04, explique os seguintes elementos da onda, indicados no esquema da figura:
Crista da onda é a posição de elevação máxima da onda.
Vale da onda é a posição mais baixa atingida pela onda.
Amplitude é a distância entre o ponto de equilíbrio da corda e à crista da onda ou, do ponto de equilíbrio da corda ao vale da onda.
Comprimento de onda, representado pela letra grega (lambda), no esquema da Figura 04, é a distância entre duas cristas sucessivas ou de dois vales sucessivos. Equivale a distância que a onda se propaga durante o intervalo de um período.
Período é o tempo que a onda gasta para efetuar um ciclo completo, por exemplo, o intervalo de tempo em que um ponto da corda sai do ponto médio de equilíbrio, ergue verticalmente até a crista, desce até o vale e retorna ao ponto médio de equilíbrio, normalmente representado pela letra T.
Freqüência da onda (f) é o número de ciclos efetuados por unidade de tempo, f = 1/T.
velocidade de propagação, (v) da onda, equivale ao produto do comprimento da onda pela sua freqüência, equação na, Figura 04.
Divida os alunos em duplas para resolverem em uma folha ou no caderno a seguinte proposição:
Sabendo que o comprimento de onda equivale à distância percorrida pela onda durante um ciclo, ou seja, durante o tempo de um período, mostre que a velocidade da onda é igual ao produto do comprimento de onda pela sua freqüência.
· Solução no quadro amarelo, abaixo.
Depois o professor deverá explicar que quanto à direção de propagação, as ondas podem ser:
Unidimensionais, como aquelas ilustradas anteriormente, na mola ou na corda, propagam-se numa única direção.
Bidimensionais, quando se desloca num plano, como onda na superfície da água.
Tridimensionais, como uma onda sonora no ar que se propaga no espaço em todas as direções.
Quanto à natureza as ondas podem ser:
· Mecânicas, são aquelas que necessitam de um meio material para se propagar, por isso não se propagam no vácuo, como a onda numa corda, onda sonora, etc.
· Eletromagnéticas, são formadas por campo elétrico e campo magnético, alternados; não necessitam de um meio material para se propagar, como as ondas de rádio, de televisão, luz, etc.
Em seguida exiba um dos seguintes filmes, ou ambos, para a turma, com o objetivo de reforçar e complementar o conteúdo da aula, Links abaixo.
ou o filme:
Física – Ondas:
http://www.youtube.com/watch?v=xysFGcPTxmE
Ondas transversais e longitudinais Vídeo
A física e o cotidiano: Ondas Vídeo
http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=04ECg1glu2s
Reflexão de pulsos unidimensionais
http://www.youtube.com/watch?v=nPAXs9cAvbA&feature=related
http://ww2.unime.it/weblab/awardarchivio/ondulatoria/ondas.htm#Quanto%20%C3%A0%20natureza
Novo Telecurso – Ensino Médio – Física – Aula29(1 de 2)
http://www.youtube.com/watch?v=i9hqnB1iuU8
Divida a turma em 6 equipes, para que procurem, na biblioteca, em livros, na internet, em outros recursos, para escrever e apresentar no horário de uma aula de Física, um dos conteúdos listados abaixo. Esses conteúdos deverão ser distribuídos, a critério do professor, um assunto para cada grupo.