Aulas de Física e Química

O Som e a Luz...

Propriedades de uma Onda

Ao estudar a propagação de uma onda, transversal ou longitudinal, interessa-nos conhecer a representação gráfica do movimento de vibração das partículas. No gráfico seguinte está representado o movimento de vibração de partículas durante a propagação de uma onda sonora:

É importante saber que:

- As partículas B e F encontram-se numa Crista. Estas partículas encontram-se na mesma fase de vibração (por ocuparem Cristas);

- As partículas D e H encontram-se num Ventre. Estas partículas encontram-se na mesma fase de vibração (por ocuparem Ventres);

- As partículas A, C, E e G encontram-se na Posição de Equilíbrio.

Sempre que uma partícula descreve um ciclo vibratório completo, isto é, passa (por exemplo) da crista para o ventre e novamente para a crista, diz-se que realizou uma vibração completa. É possível contar o número de vibrações completas de uma partícula ao longo do tempo:

Neste caso temos três vibrações completas da mesma partícula no intervalo de tempo considerado. No estudo de uma onda há ainda quatro propriedades que devemos conhecer. São elas:

- o Comprimento de Onda;

- a Amplitude da Vibração;

- o Período de Vibração;

- a Frequência de Vibração.

Vamos utilizar novamente o simulador de ondas numa corda para compreender melhor estas quatro propriedades:

Simulador de Ondas numa Corda

Nota: Depois de descarregares o ficheiro, clica sobre o ícone do ficheiro com o botão direito e selecciona a opção "Abrir com... >> Java (TM) Platform".

O Comprimento de Onda

O Comprimento de Onda corresponde à distância entre duas partículas consecutivas na mesma fase de vibração. Configura o simulador tal como na figura seguinte:

Clica no botão Pause/Play e activa a opção "Rulers". Aparecem no ecrã duas réguas, uma vertical e outra horizontal:

Mede agora com a régua horizontal a distância entre duas partículas consecutivas na mesma fase de vibração (entre cristas ou entre ventres por exemplo):

No exemplo mostrado, o comprimento de onda é aproximadamente 33 cm. Corresponde à distância entre as duas cristas assinaladas na figura. Se medires a distância entre dois ventres consecutivos, o resultado será o mesmo.

A Amplitude de Vibração

A Amplitude de Vibração corresponde ao máximo afastamento que uma partícula sofre face à posição de equilíbrio. Para determinar a Amplitude de vibração basta medir a distância desde a posição de equílibrio até a uma crista (ou um ventre). Utiliza o simulador com a mesma configuração do exemplo anterior e com a ajuda da régua vertical mede a distância desde a posição de equilíbrio até à crista (ou até ao ventre):

Neste caso, a Amplitude de vibração é de aproximadamente 9 cm. Qualquer partícula afasta-se no máximo 9 cm da posição de equilíbrio durante o seu movimento de vibração.

O Período de Vibração

O Período de Vibração é o tempo necessário para que uma partícula efectue uma vibração completa. É por exemplo o tempo de que necessita a partícula para efectuar o movimento crista >> ventre >> crista. Utiliza o simulador com a mesma configuração do exemplo anterior. Desliga a opção "Rulers" e activa a opção "Timer".

Activa o cronómetro no botão "Start/Pause". Fixa uma das partículas e espera que ela realize uma vibração completa. Coloca a simulação em pausa e observa o tempo registado no cronómetro. Observa a seguinte sequência de imagens:

Início da vibração - o cronómetro regista o tempo "0 segundos".

Após 1/4 de vibração - o cronómetro regista o tempo "13 centésimos de segundo".

Após ~1/2 vibração - o cronómetro regista o tempo "24 centésimos de segundo".

Após ~3/4 de vibração - o cronómetro regista o tempo "38 centésimos de segundo".

Após 1 vibração completa - o cronómetro regista o tempo "52 centésimos de segundo".
O Período de vibração é de 52 centésimos de segundo.

A Frequência de Vibração

A Frequência de vibração corresponde ao número de vibrações completas que uma partícula efectua em apenas 1 segundo. A Frequência tem como unidade o Hertz:

Uma onda de baixa Frequência apresenta um maior Comprimento de Onda, as cristas encontram-se mais afastadas:

Baixa Frequência

Uma onda de elevada Frequência apresenta um menor Comprimento de Onda, as cristas encontram-se mais próximas:

Alta Frequência

Exercício Resolvido

Considera a representação gráfica seguinte, que corresponde ao movimento de vibração de partículas durante a propagação de um som:

a) Quantas vibrações completas estão representadas na figura?

b) Indica uma partícula que se encontre numa Crista.

c) Indica uma partícula que se encontre num ventre.

d) Indica duas partículas que se encontrem na mesma fase de vibração.

e) Qual o Comprimento de Onda?

f) Qual a Amplitude de Vibração?

g) Qual o Período de Vibração, sabendo que a partícula A demora 0,9 segundos a passar à fase G?

h) Qual a Frequência de Vibração?


Resolução


a) Quantas vibrações completas estão representadas na figura?

R: Apenas uma vibração completa. No total estão representadas 1,5 vibrações ( 1 vibração completa + meia vibração).


b) Indica uma partícula que se encontre numa Crista.

R: Partículas B ou F.


c) Indica uma partícula que se encontre num ventre.

R: Partícula D.


d) Indica duas partículas que se encontrem na mesma fase de vibração.

R: Partículas B e F ou A e E ou C e G.


e) Qual o Comprimento de Onda?

R: O Comprimento de Onda é de 20 cm. Corresponde à distância entre dois pontos consecutivos na mesma fase de vibração.


f) Qual a Amplitude de Vibração?

R: A Amplitude de Vibração é 8 cm. Corresponde à distância entre a posição de equilíbrio e a crista (ou o ventre).


g) Qual o Período de Vibração, sabendo que a partícula A demora 0,9 segundos a passar à fase G?

R: O Período de Vibração corresponde ao tempo necessário para que a partícula efectue uma vibração completa. Se A demora 0,9 segundos a efectuar 1, 5 vibrações, então:

1, 5 vibrações ----------------- 0,9 segundos

1 vibração --------------------- x segundos

x = (1x0,9)/1,5 = 0,6 segundos

O Período de Vibração é de 0,6 segundos.


h) Qual a Frequência de Vibração?

R: A Frequência de Vibração corresponde ao número de vibrações efectuadas por segundo. Se A demora 0,9 segundos a efectuar 1, 5 vibrações, então:

1, 5 vibrações ----------------- 0,9 segundos

x vibrações -------------------- 1 segundo

x = (1x1,5)/0,9 = 1,67 Hz

A cada segundo que passa a partícula efectua 1,67 vibrações.


A Frequência pode ainda ser determinada através da expressão:

Frequência = 1 / Período

e neste caso:

Frequência = 1 / 0,6 = 1,67 Hz




Professor Nuno Machado Ciências Físico-Químicas Hit Counter by Digits