BATIMENTO,RESSONÂNCIA,POLARIZAÇÃAO E DIFRAÇÃO II

 Batimento, ressonância, polarização e difração II

1. A Física e o cotidiano

As comunicações, também, são explicadas por fenômenos físicos, pois envolvem as interações que os indivíduos podem ter com as ondas eletromagnéticas (luz, infravermelho, ultravioleta), ondas mecânicas (som e vibrações) e com os produtos da tecnologia, os quais utilizam outras frequências, em aparelhos como rádio, TV, computadores etc.

Nos exames por imagem, a radiologia e a tomografia utilizam-se de raios X e contrastes radioativos, para apresentar os resultados.

Os profissionais dessa área devem proteger-se da radiação, sob o risco de contraírem doenças letais.

A ressonância magnética utiliza a propriedade dos átomos emitirem fótons, quando são atravessados por ondas de FM.

 

O processo da ressonância magnética está representado a seguir. Os spins dos átomos de hidrogênio são alinhados por um campo magnético e depois, perturbados por radiofrequência (RF).

Campo magnético forte

Os núcleos de hidrogênio oscilam e cada um deles gera um ponto na imagem do corpo.

 

2. A Física e o mundo

As ondas que permitem a comunicação transferem-se por ressonância, espalham-se e contornam obstáculos, por difração.

A tecnologia, por meio de circuitos oscilantes e ressonantes, cria uma série de aparelhos de comunicação que transformam ondas que o homem não pode perceber em sons, imagens e processamento de informações.

3. A Física e o laboratório

Os diapasões são aparelhos metálicos em forma de U, que, quando percutidos, emitem sons com frequências constantes e ser vem para afinar instrumentos musicais e acertar o tom das vozes de um coral.

 

 

Se os diapasões tiverem frequências próximas, produzirão batimentos caracterizados por um som resultante de intensidade variável.

Na ilustração abaixo, o garoto está emitindo uma nota musical de frequência igual a uma das frequências próprias de vibração da lâmina de cristal. 

Neste caso, a lâmina entra em ressonância com o agente excitador (onda sonora), passando a vibrar com amplitude crescente.

Dependendo da duração da ressonância e da intensidade do som emitido pelo garoto, a lâmina de cristal, cuja espessura é relativamente pequena, poderá quebrar-se. 

As interações da luz, dos campos magnéticos e elétricos com a matéria podem identificar substâncias. A refração e a difração de raios X, por exemplo, podem revelar os arranjos atômicos. 

4. A Física e a evolução de seus conceitos

Fenômenos ondulatórios
Batimento
É a superposição de ondas de frequência próximas
Frequência resultante	Frequência de batimento
	Bat = A - B

Batimentos

• Ocorrem predominantemente para ondas sonoras, de frequências próximas (diferença de até 10 Hz).
• A superposição produz um som de amplitude variável, com máximos e mínimos de intensidade. Cada máximo é chamado de um batimento.

Ressonância

Todo corpo possui uma “frequência natural", ou seja, a frequência com ele vibra quando estimulado, excitado. Quando este corpo é exposto a uma onda sonora igual a esta (ou próxima desta) ele passa a vibrar reemitindo um som, ou seja, passar a ressoar.

fnatural ≅ fonda

 

• Todo sistema elástico possui uma frequência natural de vibração. Se uma fonte sonora emitir uma onda cuja frequência coincida com a do sistema, dizemos que os dois entraram em ressonância.
• Assim, o sistema elástico pode ser induzido, por acúmulo de energia, a efetuar oscilações de amplitude muito superior à da fonte que o excitou.

Difração

Ocorre com todas as ondas e nenhuma característica física é alterada.

Ouvir o som do outro lado do muro é um exemplo de difração.

Para que ocorra a difração, o obstáculo deve ser menor ou do mesmo tamanho que o comprimento de onda da onda incidente.

Por esse motivo, é raro ocorrer a difração da luz visível (λ @ 10^–6m) no dia a dia. A difração do som é bem comum (λ entre 0,02m e 20m).

Polarização de ondas

A polarização de uma onda que se propaga numa corda, ocorre quando ela atravessa uma fenda após a qual só é possível oscilar num plano.

Tomemos uma corda cuja fonte movimenta círculos, formando uma onda tridimensional.

Após a fenda (F), a onda oscila num plano (bidimensional). Dizemos, então, que a onda foi polarizada.

Só é possível polarizar ondas transversais: as longitudinais não sofrem polarização, como vemos na mola abaixo.

Ondas na corda e na luz sofrem polarização.

	Sem óculos polaróides	Com óculos polaróides

Exercícios Propostos

1. (UFC-MODELO ENEM) – Um fenômeno bastante interessante ocorre quando duas ondas periódicas de frequências muito próximas, por exemplo, f₁ = 100Hz e f₂ = 102Hz, interferem entre si. A onda resultante tem uma frequência diferente daquelas que interferem entre si. Além disso, ocorre também uma modulação na amplitude da onda resultante, modulação esta que apresenta uma frequência característica f₀. Essa oscilação na amplitude da onda resultante é denominada batimento. Pelos dados fornecidos, pode-se afirmar que a frequência de batimento produzida na interferência entre as ondas de frequências f₁ e f₂ é:

a) 202Hz 

b) 101Hz 

c) 2,02Hz

d) 2,0Hz 

e) 1,01Hz

2. (UFOP) – Nesta figura, está representado o esquema de uma experiência de interferência de Young.

A configuração das regiões de luz (brancas) e de sombra (pretas) no anteparo de observação desse experimento está mais bem representada em:

a) 

b) 

c) 

d) 

3. UNIMONTES-MODELO ENEM) – Quando um forno de micro-ondas está em funcionamento, as micro-ondas produzem (no interior do forno) um campo elétrico que oscila rapidamente, invertendo seu sentido. Se há água no forno, o campo oscilante exerce torques oscilantes nas moléculas, girando-as continuamente nos sentidos horário e anti-horário, para alinhar seus momentos de dipolo elétrico com a direção do campo. É comum que porções de água contenham moléculas ligadas aos pares e em grupos de três. No último caso, os giros provocados pelo campo oscilante levam à ruptura de pelo menos uma das ligações (ver figura). A energia para a quebra da ligação vem do campo elétrico, ou seja, das micro-ondas. As moléculas que foram separadas de um deter minado grupo podem formar novos grupos, transferindo a energia que ganharam para a energia térmica do sistema. Nesse processo, a temperatura da água aumenta. Alimentos que contêm água podem ser cozidos no forno de micro-ondas por causa do aquecimento da água.

(Adaptado de HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentals of Physics, fourth edition, p. 670-671. John Willey & Sons, Inc., New York)

Com base no texto, pode-se afirmar corretamente que, para o processo de aquecimento da água dentro do forno de micro-ondas, é importante o fenômeno de

a) difração.

b) refração.

c) interferência.

d) ressonância.

e) polarização.

4. (UFSM) – Selecione a alternativa que apresenta as palavras que completam corretamente as lacunas a seguir:

Ao contrário de uma onda luminosa, uma onda sonora propagando-se no ar não pode ser ................................, já que é uma onda ..................................

a) polarizada – longitudinal.

b) polarizada – transversal.

c) refratada – longitudinal.

d) refratada – transversal.

e) difratada – longitudinal.

5. (OLIMPÍADA BRASILEIRA DE FÍSICA) – A figura representa um tanque com uma lâmina de água de espessura constante e as frentes de onda das ondas provocadas logo após uma pequena pedra ter caído no ponto P desse tanque.

As ondas geradas na superfície da água pela pedra movem-se de encontro a três obstáculos fixados ao tanque e que formam duas passagens estreitas. Depois de atravessarem as passagens, será possível observar os fenômenos de:

a) dispersão e refração.

b) difração e dispersão.

c) refração e interferência.

d) difração e refração.

e) difração e interferência.

Gabarito

1. RESOLUÇÃO:

A frequência dos batimentos (f0) é calculada por:

f₀ = f₂ – f₁ ⇒ f₀ = 102 – 100 (Hz) ⇒ f₀ = 2,00Hz

Resposta: D

2. RESOLUÇÃO:

A luz difratada nas duas fendas do anteparo central sofre interferência na região situada entre este anteparo e o anteparo da direita. Isso determina no anteparo da direita uma figura de interferência composta de faixas (franjas) claras intercaladas por faixas (franjas) escuras. A faixa (franja) central, coincidente com o eixo OO’, é iluminada (clara), já que se trata de uma região onde ocorre interferência construtiva.

Resposta: B

3. RESOLUÇÃO:

Os grupos constituídos por três moléculas de água entram em ressonância com as micro-ondas, o que, no cômputo global, produz o aquecimento do alimento no interior do forno.

Resposta: D

4. RESOLUÇÃO:

Apenas as ondas transversais podem ser polarizadas. A luz pode ser polarizada, já que é uma onda transversal. Por outro lado, o som propagando-se no ar é uma onda longitudinal que pode sofrer refração e difração, mas não polarização.

Resposta: A

5. RESOLUÇÃO:

As ondas produzidas pelo impacto da pedra em P difratam-se intensa mente nas fendas S₁ e S₂, indicadas no esquema abaixo, determinando na região subsequente aos obstáculos o fenômeno de interferência.

Resposta: E