Voltar a: 11ºAno – Física

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• Aula nº1

         ⇒ Propagação de sinais (ondas)

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Sinais

A necessidade de comunicar é transversal a todas as sociedades e cada uma desenvolve mecanismos próprios de transmissão de informação entre os seus membros.

A utilização de sinais para transmitir informações é usada desde os tempos mais remotos. O aproveitamento de sinais de fumo para enviar mensagens e o recurso a sinais elétricos para o envio de informações codificadas em Morse por telégrafos, são exemplos de utilizações de diferentes sinais com uma finalidade idêntica: comunicar.

Mas, em termos físicos, o que se entende por sinal?

No final da manhã, quando o pequeno martelo da campainha de uma escola embate na campânula provoca a sua vibração produzindo um sinal sonoro. Este sinal informa que terminou o período de aulas da manhã e é chegado o intervalo para o almoço.

• O sinal sonoro propaga-se no ar permitindo transmitir essa informação a toda a escola.

Um sinal é uma perturbação que ocorre localmente, de curta ou longa duração, que se propaga entre um emissor e um recetor.

Um sinal não é mais do que uma perturbação criada num dado local do meio, isto é, corresponde à alteração local de uma propriedade física de um meio, que pode conter informação.

No entanto, um processo de comunicação não se restringe à produção de um sinal, este terá de chegar ao destinatário. Pode, então, assumir-se que neste processo terá de haver uma fonte que produza o sinal, um meio onde o sinal se propague e um recetor que capte o sinal.

• SINAL : Perturbação que ocorre localmente num meio e que pode conter informação.

Exercícios:

1. São vários os faróis instalados ao longo da costa portuguesa.

Além de produzirem um poderoso sinal luminoso, muitos são ainda equipados com um sinal sonoro. Qual é a sua função?

2. Desde os tempos mais remotos até à atualidade sempre se utilizaram sinais como meio de comunicação.

2.1 O que se entende por sinal?

2.2 Apresente dois exemplos de sinais utilizados para comunicar.

Ondas

Para se compreender como se origina e propaga um sinal num meio material elástico, considere-se o caso, se a corda estiver esticada e a pessoa a movimentar bruscamente para cima e depois para baixo, voltando à posição inicial, provoca uma perturbação nesse ponto da corda.

O sinal gerado corresponde à distorção da forma da corda (deformação local da corda), normalmente designada por pulso.

A perturbação gerada propaga-se ao longo da corda afastando-se do local onde foi originada.

• A propagação do sinal não provoca uma modificação permanente, pois cada posição da corda recupera a situação inicial enquanto o pulso vai alterando a sua posição na corda ao longo do tempo.

O movimento do pulso ao longo da corda constitui uma onda.

• Onda – Sinal que se propaga num meio.

A variação da posição do pulso ao longo da corda depende do tempo, passando este pelas várias posições em instantes diferentes.

Conhecendo-se a distância (d) que separa duas posições e o intervalo de tempo decorrido entre os instantes em que o pulso ocupa essas posições (∆t), pode determinar-se o módulo da velocidade de propagação da onda:

O módulo da velocidade de propagação de uma onda corresponde à distância percorrida pelo pulso por unidade de tempo e depende apenas de características do meio onde a onda se propaga.

Observação:

⇒ O módulo da velocidade de propagação de uma onda depende das interações existentes entre as partículas do meio de propagação e da massa dessas partículas.

⇒ Quanto mais fortes forem as interações entre as partículas mais rapidamente cada uma delas volta à sua posição de equilíbrio e mais rapidamente a onda se move ao longo das partículas.

⇒ No entanto, quanto maior a massa das partículas maior a sua inércia à variação da velocidade, mais lentamente voltam à posição de equilíbrio e menor o módulo velocidade de propagação da onda no meio.

Ainda que o pulso transmitido à corda pela mão fosse maior, o módulo da velocidade de propagação da onda seria a mesma.

Se, no entanto, o mesmo pulso fosse aplicado numa corda de material diferente, o módulo da velocidade de propagação seria, em geral, diferente, pois o módulo da velocidade de propagação de uma onda depende das características do meio onde a onda se propaga.

Quando um ponto na corda, é atingida pela perturbação executa um movimento ascendente e posteriormente descendente segundo uma direção que é perpendicular à direção de propagação da onda.

Saliente-se que o ponto não acompanha o movimento do pulso na direção de propagação da onda, como se mostra na figura

⇒ Uma onda origina transferência de energia de um ponto para outro sem que exista transporte de matéria entre os pontos.

⇒ Um pulso corresponde a um sinal de curta duração enquanto uma sequência de pulsos corresponde a um sinal de longa duração.

Este movimento revela que o ponto recebeu energia da onda. A onda permite, assim, transferir energia da mão para ponto sem, contudo, o arrastar ao longo da corda.

• Uma onda transporta energia mas não matéria.

É importante ter em atenção que a corda apresentada no exemplo é uma corda “ideal”, na qual não existem forças dissipativas, pelo que as características da onda não se alteram enquanto esta se propaga.

Nesta situação foi provocada uma perturbação com uma duração muito inferior ao tempo em que se considera a sua propagação no meio e que, por isso se designa sinal de curta duração, um pulso.

Se a perturbação se repete periodicamente durante o tempo em que se considera a propagação no meio, cria-se um sinal de longa duração, descrito como uma sequência de pulsos.

Numa trovoada, o relâmpago (sinal luminoso) e o trovão (sinal sonoro) ocorrem em simultâneo, mas não se propagam com a mesma velocidade.

⇒ Estes sinais são de natureza diferente; um é um sinal luminoso e o outro é um sinal sonoro.

⇒ Estes sinais propagam-se no ar com velocidades diferentes.

⇒ O sinal luminoso propaga-se a 3,0 x 10⁸ m s^-1 e o sinal sonoro propaga-se a 340 m s^-1

As ondas:

⇒ são a propagação de um sinal num meio;

⇒ transportam energia ao longo do meio;

⇒ têm uma velocidade de propagação que depende das características do meio;

⇒ num meio homogéneo, propagam-se com módulo de velocidade constante.

Exercícios:

3. Uma pessoa faz vibrar a extremidade de uma corda de acordo com a figura. Passados 1,5 s, a vibração atinge a outra extremidade da corda.

3.1 Que designação é atribuída à deformação causada na corda?

3.2 Qual o módulo da velocidade com que se propagou a onda na corda?

4. Um pulso propaga-se numa corda com uma velocidade de módulo 4,0 m s^-1.

4.1 Que distância terá percorrido o pulso em 6,0 s?

4.2 Indique, justificando, se o pulso teria percorrido a mesma distância numa corda com o dobro da espessura.

4.3 Por que motivo se pode dizer que foi gerada uma onda?

5. A propagação de um pulso produzido por um aluno pela oscilação brusca de uma das extremidades de uma corda.

O movimento da mão gera um pulso na corda esticada, presa pela outra extremidade numa parede.

O intervalo de tempo entre os dois instantes é de 0,3 s, e a distância entre os dois pulsos é de 45 cm.

Calcula o módulo da velocidade de propagação da onda.

6. Num determinado dia de trovoada, o Tomás apercebeu-se do relâmpago e contou 5,0 segundos até ouvir o trovão.

A que distância se encontrava da trovoada?