Relatório 7 - Ondas mecânicas transversais de frequência variável

Prévia do material em texto

Ondas mecânicas transversais de frequência variável, em cordas
Introdução
Onda é qualquer perturbação que se propaga em um meio. Fisicamente, uma onda é uma perturbação oscilante. Existem ainda três classificações das ondas: Na classificação segundo sua natureza, no experimento em questão trabalhamos com ondas mecânicas, que são ondas que necessitam de um meio para se propagar. Na classificação segundo sua direção de propagação, analisamos ondas unidimensionais, ou seja, que se propagam em uma única direção. E na classificação quanto a direção de vibração, pudemos observar ondas transversais, nas quais a vibração é perpendicular à propagação da onda.
Ondas possuem algumas características, como frequência, que é o número de oscilações da onda por um certo período de tempo, e sua unidade é o hertz (Hz); o período, que é o tempo necessário para produzir uma onda completa, medido em segundos (s); comprimento de onda, que é o tamanho de uma onda, e pode ser medido em três pontos diferentes: de crista a crista, do início ao final de um período, ou de vale a vale, é medido em metros (m); a amplitude, que é a “altura” da onda, ou seja, a distância do eixo até a crista da onda, que é medida em metros (m). Uma observação importante é que, quanto maior a amplitude da onda, maior será a quantidade de energia transportada por essa onda. Essas características são observadas na figura abaixo:
 Figura 1 – Características de ondas.
Ondas possuem algumas propriedades características, ou seja, um comportamento comum em situações padrões. Dentre eles temos: reflexão, que ocorre quando uma onda incide em um material reflexivo e volta para a direção de onde partiu; dispersão, que é a separação de uma onda em outras de diferentes frequências; vibração, onde algumas ondas são produzidas através da vibração de alguns objetos, o que acaba produzindo som (como, por exemplo, a vibração de uma corda de violão).
Existe uma equação universal da onda, na qual sua forma mais simples é expressa por:
V = λ.f
Onde:
V = Velocidade da onda
λ = Comprimento de onda
f = Frequência de onda
Objetivos
O experimento teve como objetivos gerais fazer o aluno:
Identificar/descrever ondas mecânicas transversais numa corda e sua propagação;
Identificar/descrever a reflexão de uma onda numa corda, a refração de uma onda numa corda e a interferência de ondas numa corda;
Comparar ondas as transversais com as ondas longitudinais;
Concluir que as ondas transversais e longitudinais se propagam de maneira diferente em relação à fonte de abalo.
Montagem experimental
Material utilizado
Blablabla
FIGURA 2 AQUI – DESENHO DO EXPERIMENTO
Procedimento
Inicialmente, foi determinada a massa do fio oscilador e seu comprimento. Em seguida, o equipamento foi montado de acordo com a figura 2, presente na montagem experimental – material utilizado, fixando um dos extremos do fio oscilador (cordão) ao dinamômetro, passando pela roldana orientadora e prendendo a outra extremidade do fio oscilador (cordão) na haste do vibrador. O fio foi tensionado, afastando o tripé, até o dinamômetro indicar aproximadamente 1,5 N (Newton). Este fio oscilador (cordão), quando esticado, foi colocado de modo a ficar paralelo à mesa. A haste vibrante do vibrador, quando vista de cima, foi colocada de modo a permanecer alinhada com o fio oscilante.
A chave do vibrador foi ligada e a frequência deixada no máximo, depois foi diminuída lentamente, até que fosse obtida uma onda estacionária nítida. Com base nesta parte do experimento, foi possível identificar os ventres da onda, estimar sua amplitude, medir seu comprimento de onda, identificando os pontos nodais da mesma, e classificar esta onda.
Foi selecionado um ponto nodal e um ventral, central ao ventre. O sistema foi temporariamente desligado e uma marca foi feita nos pontos escolhidos para descrever o movimento nos pontos assinalados.
Foi então determinada a massa por unidade de comprimento do fio oscilador (cordão) utilizando a seguinte equação:
μ = m/L
Onde:
μ = Massa por unidade de comprimento do fio oscilador
m = Massa do oscilador
L = Comprimento do fio oscilador
Foi também determinada a frequência da onda gerada, partindo da velocidade de propagação e do comprimento de onda previamente determinado, utilizando a seguinte equação:
Onde:
V = Velocidade da onda
T = Tensão na corda
μ = Massa por unidade de comprimento
Em uma segunda parte do experimento foi feita uma conexão em série entre dois fios que possuíam espessuras diferentes e analisados os comprimentos de ondas nos dois trajetos.
Resultados
Ao ligar a chave, deixar a frequência no máximo e ir diminuindo lentamente, até obter uma onda estacionária nítida, foi possível observar uma figura geométrica devido ao movimento oscilatório executado pelo fio oscilador (cordão) na frequência selecionada. Esta figura está logo abaixo, com suas características observadas:
FIGURA 3 AQUI - DESENHO DA ONDA QUE ESTÁ NO CADERNO
Foi possível estimar a sua amplitude (A) como tendo valor de A=1cm, seu comprimento de onda (λ) como tendo o valor λ=224cm e classificar esta onda como transversal, pois foi notado que sua vibração era perpendicular a direção de propagação.
Ao observar os pontos nodal e ventral anotados, foi possível confirmar que o movimento dos mesmos continuaria constante, onde o nodal continuou em repouso e o central continuou se deslocando, possuindo um movimento vibratório de subida e descida.
Foram então realizados alguns cálculos, encontrando a massa por unidade de comprimento μ do fio oscilador, a rapidez (ou velocidade de propagação) e a frequência da onda gerada. Seguem os cálculos:
CALCULOS AQUI
Discussão dos Resultados
A única dificuldade presente no experimento foi no momento de fazer com que a corda tivesse vibração suficiente para formar uma onda visível para que as observações e os cálculos fossem realizados.
No momento em que as ondas puderam ser visíveis foi possível identificar as características da onda, bem como realizar os cálculos referentes a massa por unidade de comprimento do fio oscilador, velocidade de propagação da onda e frequência da onda gerada.
Conclusão
A partir do experimento realizado, foi possível concluir que os objetivos da prática foram alcançados de maneira satisfatória. Foi possível identificar/descrever ondas mecânicas transversais numa corda e sua propagação, embora tenha apresentado certa dificuldade para encontrar a tensão e a frequência necessárias para as ondas na corda serem possíveis de ser observadas.
Conseguiu-se, também, comparar ondas transversais e longitudinais, concluindo que se propagam de maneira diferente com relação a fonte de abalo.
Portanto, os dados obtidos confirmaram o embasamento teórico a respeito do comportamento de uma onda quando submetida a uma excitação externa constante (corda vibrante).