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Graciana Sousa – Profa. de Física, IFPA/Campus Santarém

graciana.sousa@ifpa.edu.br

Física II

Parte 1 - Oscilações

Informática

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• OSCILAÇÕES e ONDULATÓRIA: Fenômenos ondulatórios. Pulsos e ondas. Período e frequência, ciclo. Propagação: relação entre velocidade, frequência e comprimento de onda. Ondas em diferentes meios de propagação; Acústica;

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• ÓPTICA GEOMÉTRICA: lentes e espelhos. Formação de imagens. Instrumentos ópticos simples.

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• RADIAÇÃO

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• TERMODINÂMICA: O calor e os fenômenos térmicos - Conceitos de calor e temperatura. Escalas termométricas. Transferência de calor e equilíbrio térmico. Capacidade calorífica e calor específico. Condução do calor. Dilatação térmica. Mudanças de estado físico e calor latente de transformação. Comportamento de Gases ideais. Leis de conservação. Máquinas térmicas. Ciclo de Carnot. Leis da Termodinâmica. Aplicações e fenômenos térmicos de uso cotidiano. Compreensão de fenômenos climáticos relacionados ao ciclo da água e circulação de correntes de ar, observando a poluição ambiental provocada por veículos automotores que utilizam combustíveis fósseis (analisar o código de trânsito brasileiro e legislações ambientais vigentes).

EMENTA

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Conteúdo: OSCILAÇÕES

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Objetivos:

• Identificar os fenômenos oscilatórios do dia-a-dia
• Estudar qualitativamente os fenômenos oscilatórios
• Compreender o conceitos e definições de período e frequência
• Realizar experimentos simples para determinar o período de um corpo em movimento harmônico simples
• Fazer uso de instrumentos de medida como: régua ou trena, cronômetro
• Executar um experimento (real ou virtual)

Objetivo

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Conhecimento prévio:

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Para bom andamento do conteúdo destas aulas, é necessário ter noção de:

• Trigonometria do triângulo retângulo
• Grandezas vetoriais físicas
• Decomposição de uma grandeza vetorial
• Radiciação
• Potenciação
• Frações
• Proporções

Matemática da Física

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Espectro eletromagnético

Radiações

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Aplicações

Tratamento da água

Atividade: leitura

Disponível em: https://www.snatural.com.br/desinfeccao-ultravioleta-uvc-agua-reuso-potavel/

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Aplicação: Oscilações

Exemplo: Vibrações das moléculas

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Qualquer sistema que contenha átomos ligados entre si tem movimentos vibracionais. Os efeitos resultantes da interação de radiações eletromagnéticas com a matéria proporcionam evidências do comportamento microscópico. Esses efeitos espectroscópicos estão associados com o fenômeno de absorção e emissão de luz. Exemplo: Espectroscopia do infravermelho.

Simétrica

Assimétrica

“Tesoura”

“Balanço”

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Oscilações

Exemplo: Clock de um processador

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O processador opera em ciclos de clock, onde a frequência do clock determina quantas operações ele pode realizar por segundo. Quanto maior a frequência, mais operações o processador pode executar em um determinado período de tempo.

• Um processador dual-core de 1,2 GHz será mais lento que um processador octa-core de 2,4 GHz para praticamente qualquer tarefa, mesmo que o de 1,2 GHz tenha uma memória cache muito maior.
• Cache é uma pequena quantidade de memória integrada ao processador que serve para dar a ele acesso rápido e temporário a dados a serem processados.

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Oscilações

Movimento oscilatório

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O movimento oscilatório é um movimento repetitivo de um lado para o outro em torno de uma posição de equilíbrio. Movimentos oscilantes e vibrações de todos os tipos são movimentos oscilatórios.

Todo movimento oscilatório é periódico (modo idêntico nas repetições).

Vamos estudar o caso do movimento harmônico simples, que é a forma mais básica de movimento oscilatório, Começaremos com a cinemática do Movimento Harmônico Simples (MHS).

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MHS: características

• A oscilação acontece em torno de uma posição de equilíbrio
• O movimento é periódico.

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Precisamos definir uma grandeza fundamental do movimento oscilatório: o período

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O tempo necessário para completar um ciclo completo, ou uma oscilação, é chamado de período do movimento. O símbolo T é usado para representar o período.

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MHS: características

A unidade de frequência é o hertz, abreviada Hz, em homenagem ao físico alemão Heinrich Hertz, que produziu as primeiras ondas de rádio geradas artificialmente em 1887. Por definição,

Uma informação intimamente relacionada é o número de ciclos (ou oscilações) completados por segundo. O número de ciclos por segundo é chamado de frequência da oscilação. A relação entre frequência e período é dado por:

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MHS: Exemplo

Frequência e período de uma estação de rádio:

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Qual é o período de oscilação para a transmissão de uma estação de rádio FM de 100 MHz?

RESOLUÇÃO: A frequência de oscilação da corrente no transmissor de rádio é de 100 MHz = 1,00.10⁸ Hz.

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O período é o inverso da frequência; então,

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MHS: pêndulo simples

O pêndulo simples consiste num objeto (uma pequena esfera, por exemplo) preso por uma corda de massa desprezível.

A posição de equilíbrio é o ponto mais baixo da trajetória da massa.

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MHS: pêndulo simples

Objetivo: determinar o período de um pêndulo simples

Quando a corda é presa por um ponto (no teto, por exemplo) o corpo preso à corda se move num movimento circular (mas não uniforme).

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Revisando a matemática

Antes de continuar, precisamos recordar a trigonometria do triângulo retângulo. Recomendo a vídeo aula, a seguir.

Disponível em:

https://www.youtube.com/watch?v=4sTUs4ll3dI

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MHS: pêndulo simples

Algumas ‘continhas’

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MHS: pêndulo simples

Algumas ‘continhas’

Módulo das composições da força peso

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MHS: pêndulo simples

Composição da força peso tangencial ao arco da trajetória do pêndulo simples

Aproximação de pequenos ângulos (só vale quando estivermos trabalhando em radianos)

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MHS: pêndulo simples

𝝎 é chamada de frequência angular e está relacionada ao período pela seguinte equação:

Finalmente, o período do pêndulo simples, será:

l: comprimento do pêndulo

g: aceleração da gravidade

T: período

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Pêndulo simples: experimento virtual

Disponível em: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/pendulum-lab

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Objetivo: estudar o período de oscilação para uma variação com comprimento do pêndulo.

​

O que acontece com o período?

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Exemplo de fixação: pêndulo simples

1. Um pêndulo simples, de comprimento L = 4,9 m, oscila com amplitude angular α, como ilustra a figura, num local onde g = 10 m/s².

2. Se um pêndulo simples oscila com pequena amplitude e seu comprimento é dobrado, o que acontece com a frequência de seu movimento?

Determine:

a) o período do movimento;

b) a frequência do movimento;

c) o menor intervalo de tempo para que o pêndulo vá da posição D à posição F;

d) o menor intervalo de tempo para que o pêndulo vá da posição F à posição E.

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Pêndulo de Foucault: A prova elegante da Terra redonda e giratória

Vídeo disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=_ASUQwYELOI

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MHS: oscilador massa-mola

O movimento circular uniforme projetado em uma dimensão é um movimento harmônico simples.

Oscilador massa-mola é um sistema físico composto por uma mola ideal, de constante elástica k, presa a um corpo de massa m.

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MHS e movimento circular: oscilador massa-mola

Período do oscilador massa-mola

Módulo da força resultante é igual ao da força elástica (Lei de Hooke)

m: massa

k: constante da mola

T: período

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MHS e movimento circular: oscilador massa-mola

Equação do elongamento

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Oscilador massa-mola: experimento virtual

Disponível em: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/masses-and-springs/about

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Movimento circular uniforme: Revisão

Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=P28aPQvFhmE

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Na figura (a) temos um bloco de massa m = 4,0 kg preso a uma mola de constante elástica k = 1 600 N/m, cujo comprimento natural é L; assim, nessa posição a mola não está deformada (x = 0). O bloco é então empurrado, de modo que a mola sofre uma compressão de 0,5 m (fig. b). Abandonando-se o bloco nessa posição e supondo que não haja atrito, ele adquire MHS.

Exemplo: oscilador massa-mola

Determine:

a) a amplitude do movimento;

b) o período do movimento;

c) a frequência do movimento;

d) a velocidade máxima do bloco;

e) a aceleração máxima do bloco;

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Dica de resolução

Exemplo: oscilador massa-mola

a) a amplitude do movimento;

Para um movimento sem atrito, a amplitude máxima é a posição onde a deformação da mola é máxima.

b) o período do movimento;

Use a equação do período para o oscilador massa-mola

c) a frequência do movimento;

Use a equação do período para o oscilador massa-mola.

d) a velocidade máxima do bloco;

Use a relação do período e frequência.

e) a aceleração máxima do bloco;

Use a segunda Lei de Newton

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Saiba mais

Vídeos - Playlist sobre oscilações e ondulatória

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Disponível em:

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https://youtube.com/playlist?list=PLijIUMs9xx0yWyfklFqxu4dJONJmC3DqK&si=sd-YJNkhXiITm4V9

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Atividade: para casa

Leitura:

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Referências