Cuba De Ondas

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA

FACULDADE DE CIÊNCIAS INTEGRADAS DO PONTAL

João Chrisóstomo Ribeiro

Universidade Federal de Uberlândia

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Tiago de Castro Bisaio

Universidade Federal de Uberlândia

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Cuba de Ondas

RESUMO

O presente trabalho trata-se do estudo de ondas com os seus devidos comportamentos em uma cuba de ondas. Esse experimento trata-se de ondas bidimensionais que apresenta características em meios dispersivos e meios não dispersivos. Pesquisamos a relação da profundidade da água com o comprimento de onda nesse experimento. Comparamos os gráficos feitos com os dados obtidos em nosso experimento com os da previsão teórica e conseguimos observar um comportamento muito semelhante especialmente no caso do gráfico de velocidade contra frequência um comportamento muito curioso se comparado com o teórico contido na parte de introdução.

INTRODUÇÃO

Existe no universo um dos mais importantes movimentos na Física que é o movimento periódico. Muitos sistemas apresentam esse tipo de movimento, como por exemplo, uma mola presa a um suporte acoplada com um bloco, em que quando puxa-se ou empurra-se a mola seu comportamento é exatamente de um movimento periódico. Ao puxar a mola por sua constante elástica ela tende a voltar a seu estado de repouso ou estado inicial, mas quando chega nesse ponto a mola tende a se comprimir devido a essa mesma constante elástica, até que ela chega no seu ponto de compressão máxima voltando ao estado de repouso e consequentemente até o ponto em que você puxou essa mola, até que novamente a mola repete todo esse procedimento até cessar sua energia. Movimentos repetitivos como esse recebe o nome de movimentos periódicos. Um objeto que apresenta esse tipo de movimento sem que haja mudança em sua trajetória este por sua vez descreve um movimento oscilatório.

Este movimento oscilatório está presente em ondas que se deslocam sem o transporte de matéria. Devido as propriedades do meio transportam somente energia sendo realizado sem o transporte de matéria. Para toda e qualquer onda existem características peculiares que as descrevem com maior clareza que são quanto a sua dimensão: ondas unidimensionais são aquelas que se propagam em uma única direção como por exemplo ondas em uma corda, as bidimensionais que se propagam em um plano e ondas tridimensionais que se propagam em todas as dimensões do espaço.

As ondas na cuba são do tipo bidimensionais em que conseguimos observar o comportamento das ondas superficiais na água (ondas em duas dimensões). De acordo com a frente de onda, as ondas na superfície da água podem ser:

Circulares ou Esféricas: se propagam na direção radial. Formadas por frentes de onda que são círculos concêntricos que prosseguem radialmente se separando do gerador de dentro para fora.

Ondas Planas ou Retas: se propagam na direção paralela ao gerador de ondas. As frentes de onda planos constituem linhas paralelas que avançam afastando-se do gerador ou fonte emissora.

Ao observarmos as ondas na cuba de água, as cristas da onda são correspondentes as regiões claras que atuam com lentes convergentes e tendem a focalizar a luz. Os vales da onda correspondem as regiões escuras que atuam como lentes divergentes e tendem a dispersar a luz. O comprimento de onda é a distância entre duas cristas ou dois vales

Fator de Amplificação: serve para calcular a amplificação de cada imagem na cuba de onda feitas no anteparo lateral. Para calcular basta colocar um objeto de dimensões conhecidas na cuba de onda e fazer medições no anteparo lateral depois escolhe-se uma das dimensões e divide essa dimensão da imagem projetada L* pela dimensão real L, que nos dará a seguinte equação:

β=(L*/L)

Podemos obter imagens estáticas ou em movimento. Para obter as imagens estáticas é necessário sincronizar a luz estroboscópica com a frequência do gerador. Para obter as ondas em movimento não é necessária a sincronização.

Propriedades das ondas em meios líquidos: A velocidade de uma onda bidimensional é dada pela seguinte equação

v=√((gλ/2π+2πT/pλ) tgh 2πh/λ)

em que temos λ como comprimento de onda, h, T ρ referem-se a profundidade, a tensão superficial, e a densidade do liquido, respectivamente. Por fim, T e ρ são propriedades do liquido; a velocidade de propagação da onda é descrita pela fórmula:

v = λf

Em alguns meios a velocidade é constante em que a frequência e o comprimento de onda são inversamente proporcionais. Neste caso o meio é não dispersivo; já o meio dispersivo é quando a velocidade de propagação da onda não é constante.

Figura 1– Gráfico da Velocidade vs Comprimento de Onda

Região I: ondas de águas rasas. A gravidade força um movimento independente em grande parte longitudinal, essa força é restauradora. Essa região é dada pela seguinte equação:

v=√gd

Região II: ondas de águas profundas. È uma onda de superfície, em que a sua perturbação ocupa uma certa profundidade de água e seu comprimento de onda tem o mesmo valor que essa profundidade. Essa região é definida pela equação:

v=√(gλ/2π)

Região III: é o regime das verdadeiras ondulações, em que a tensão superficial ocupa o lugar da gravidade como força restauradora onde a força restauradora não é a gravidade, mas a tensão superficial. Essa região obtém a seguinte equação:

v=√(σ2π/ρλ)

MATERIAL

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PROCEDIMENTOS

O equipamento