Batimento, ressonância, polarização e difração I
1. A Física e o cotidiano
Uma fonte sonora pode fazer um sistema vibrar à distância, numa de suas frequências próprias, por ressonância. A ressonância evidencia o fato das ondas transmitirem energia sem transporte de matéria.
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Ao tocar-se uma nota no violão, o ar
transmite, por ressônancia, a mesma nota para um violão próximo cujas cordas
passam a vibrar na mesma frequência.
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Ao usar um controle remoto, os circuitos do
controle e o televisor entram em ressonância.
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Tanto as estruturas de ferro e concreto, como o cristal têm suas frequências próprias de vibração.
Efeitos da ressonância
A ponte sobre o estreito de Tacoma, nos Estados Unidos, desabou quando entrou em ressonância com o vento, assim como um copo de cristal que se estilhaça com ondas sonoras.
2. A Física e o mundo
O corpo humano é capaz de entrar em ressonância com frequências diversas para ativar as células sensitivas do calor, da audição, da visão, do tato e da dor.
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O
ser humano pode captar vários tipos de informações visuais, auditivas e táteis
para colher dados e comunicar-se com o meio ambiente e com a sociedade.
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O espalhamento de ondas, ao passarem por obstáculos ou orifícios de
tamanhos próximos ou menores que o comprimento de onda. |
3. A Física e o laboratório
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Ondas na água, sonoras e eletromagnéticas, podem espalhar-se ao passar
por orifícios ou obstáculos de tamanhos próximos de seus comprimentos de ondas.
Esse fenômeno recebe o nome de difração. |
A passagem da luz pode ser bloqueada pelo uso de dois filtros polarizadores.
4. A Física e a evolução de seus conceitos
Batimento
É o fenômeno resultante da superposição de duas ondas de mesma direção, mesma amplitude e frequências próximas.
Consideremos os dois diapasões esquematizados abaixo; suas frequências naturais de vibração valem, respectivamente, f1 e f2, com f1 bem próxima de f2.
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Na figura acima, está esquematizada a onda resultante da superposição dos sons dos diapasões (1) e (2). Os batimentos estão indicados por (B).
Cálculo da frequência dos batimentos (fb)
Para que os batimentos sejam percebidos distintamente pelo ouvido humano, fb não deve exceder 10Hz.
Cálculo da frequência da onda resultante (fr)
É o fenômeno que ocorre quando um sistema recebe energia periodicamente numa frequência igual a uma de suas frequências próprias de vibração.Ressonância
Polarização
É o fenômeno que consiste em todos os pontos atingidos por uma onda vibrarem numa mesma direção e num mesmo plano.
| Apenas as ondas transversais podem ser polarizadas. |
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Ondas eletromagnéticas, como a luz, podem sofrer polarização. O som no ar, entretanto, por ser uma onda longitudinal, não pode ser polarizado.
Difração
É o fenômeno que consiste em uma onda “contornar" obstáculos.
Isso ocorre quando a dimensão dos obstáculos ou fendas é menor ou da ordem do comprimento de onda.
Na ilustração a seguir, a largura da fenda (d) é menor que o comprimento de onda (λ). Nesse caso, a onda difrata-se intensamente, transpondo a fenda e atingindo a região à direita do anteparo.
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Explicação da difração: Princípio de Huygens
Cada ponto de uma frente de onda comporta-se como uma nova fonte de ondas elementares, que se propagam para além da região já atingida pela onda com a mesma frequência da onda original.
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Exercícios Propostos
1. (MODELO ENEM) – A figura ilustra dois diapasões, A e B, com frequências naturais de vibração fA = 1218Hz e fB = 1224Hz, acoplados em caixas de ressonância de madeira e colocados próximos sobre a mesa do laboratório.
| (1218Hz) | (1224Hz) |
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| A | B |
Percutindo-se os dois diapasões simultaneamente com a mesma intensidade, podemos afirmar que
a) o som resultante terá intensidade nula.
b) o som resultante terá frequência oscilante.
c) o som resultante terá frequência de 1220Hz.
d) haverá formação de batimentos com frequência de 6Hz.
e) se os diapasões não estivessem acoplados às respectivas caixas de ressonância, o som resultante teria intensidade muito maior.
2. (UEL-MODELO ENEM) – Cantores e cantoras líricas chegam a ter tal controle sobre sua qualidade musical que não é incomum encontrar entre eles quem consiga quebrar taças de cristal usando a voz. Esse fenômeno é ocasionado por um efeito conhecido como ressonância. Assinale a alternativa que apresenta uma característica física essencial da ressonância.
a) Som muito intenso.
b) Som de frequência muito baixa.
c) Som de frequência específica.
d) Som de timbre agudo.
e) Som de frequência muito alta.
3. (UFMG-MODELO ENEM) – O muro de uma casa separa Laila de sua gatinha. Laila ouve o miado da gata, embora não consiga enxergá-la. Nessa situação, Laila pode ouvir, mas não pode ver sua gata, porque
a) a onda sonora é uma onda longitudinal e a luz é uma onda transversal.
b) a velocidade da onda sonora é menor que a velo cidade da luz.
c) a frequência da onda sonora é maior que a frequência da luz visível.
d) o comprimento de onda do som é maior que o comprimento de onda da luz visível.
e) a onda sonora é uma onda mecânica e a onda luminosa é uma onda transversal.
4. (UFABC-MODELO ENEM) – Os óculos de sol são usados para diminuir a intensidade da luz solar que chega aos olhos. Para tanto, as lentes de alguns óculos possuem filtros que impedem a propagação de parte da luz incidente, permitindo apenas que os raios que vibram em determinada direção os atravessem.
O fenômeno citado no texto e mostrado na figura, exclusivo de ondas transversais, é denominado
a) dispersão.
b) difração.
c) refração.
d) reflexão.
e) polarização.
5. (UFSCar-MODELO ENEM) – A diferença entre ondas mecânicas, como o som, e eletromagnéticas, como a luz, consiste no fato de que
a) a velocidade de propagação, calculada pelo produto do comprimento de onda pela frequência, só é assim obtida para ondas eletromagnéticas.
b) as ondas eletromagnéticas podem assumir uma configuração mista de propagação, transversal e longitudinal.
c) apenas as ondas eletromagnéticas, em especial a luz, sofrem o fenômeno denominado difração.
d) somente as ondas eletromagnéticas podem propagar-se em meios materiais ou não materiais.
e) a interferência é um fenômeno que ocorre apenas com as ondas eletromagnéticas.
Gabarito
1. Resolução:
Haverá formação de batimentos com frequência fb, dada por:
fb = fB – fA Þ fb = 1224 – 1218 Þ fb = 6Hz
O som resultante terá intensidade oscilante, porém frequência constante fr, dada por:
fr = 1221 Hz
Resposta: D
2. Resolução:
O cantor emite um som de frequência igual a uma das frequências naturais de vibração da taça, o que faz este objeto vibrar (ressonância) até sua fragmentação.
Resposta: C
3. Resolução:
O comprimento de onda do som é da ordem das dimensões lineares do muro, o que favorece sua difração. Por isso, o som do miado da gatinha “contorna" o muro, atingindo Laila. O mesmo não ocorre com a luz, que tem comprimento de onda muito pequeno para difratar-se nessas condições.
Resposta: D
4. Resolução:
A luz é uma onda eletromagnética transversal, que pode sofrer o fenômeno da polarização, apresentando vibração em planos preestabelecidos.
Resposta: E
5. Resolução:
Ondas mecânicas precisam de um suporte material para se propagarem. Assim, essas ondas não se propagam no vácuo (meio não material).
Ondas eletromagnéticas podem propagar-se no vácuo (meio não material) e em certos meios materiais, transparentes a essas ondas.
Resposta: D
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