Conhecer as grandezas que nos permitem descrever quantitativamente os movimentos ondulatórios.

--Conhecer as variáveis que quantificam um movimento ondulatório;

--Saber como são feitos os cálculos envolvendo ondas;

--Saber a relação entre as variáveis da Equação de Ondas, bem como a relação entre período e frequência.

Classificação de ondas quanto às suas características físicas e quanto a direção de vibração das partículas do meio.

Atividade 1:

Comece a aula fazendo as seguintes perguntas aos alunos:

1) numa transmissão ao vivo de um jogo da copa do mundo você comemora o gol exatamente no mesmo momento em que as pessoas que estão assistindo ao jogo no próprio estádio? [depois de ouvir as respostas de todos, deixe claro que a resposta correta é não, que quem assiste comemora com alguns poucos segundos de atraso...]

2) aconteceu um terremoto no meio do mar e formou-se uma tsunami. Como que as autoridades de cada país sabem a que hora ela vai chegar nas suas terras? [fale que é possível fazer os cálculos, só não sabemos ainda como...]

Deixe que eles tentem responder individualmente por alguns instantes, depois comece a selecionar as melhores respostas entre todas. Faça então a seguinte explanação sobre o assunto para completar a melhor resposta. Diga que as ondas tem um comportamento de fácil descrição pois elas se propagam executando movimentos periódicos, possuem uma velocidade de propagação constante e portanto facilmente equacionável. Diga agora que o objetivo desta aula é entender melhor a pergunta número 1 acima e poder inclusive realizar os cálculos para responder às perguntas número 1 e 2.

Para podermos realizar estes cálculos precisamos então conhecer algumas grandezas associadas às ondas que nos permitem equacionar seu movimento. São elas:

a) período: pergunte aos alunos o seguinte: dentre aqueles que vão embora para suas casas de ônibus, de quanto em quanto tempo passa um ônibus que vai para o seu bairro, aqui no ponto da escola? Pegue uma das respostas [15 minutos por exemplo] e explique que este é o período do ônibus, que, para o estudo de ondas chamaremos de (T);

b) comprimento de onda: pergunte se eles sabem dizer, mesmo que aproximadamente, qual a distância que o ônibus anda nesses 15 minutos. Considere por exemplo um valor de 5 km como resposta. Diga que essa é a distância percorrida em um período, que chamaremos de comprimento de onda (λ);

c) frequência: pergunte aos alunos, para esta mesma linha de ônibus, qual seria então a frequência com que ela passa por hora? [4 vezes por hora]. Explique então que esta é a frequência de passagem do ônibus, que, no estudo de ondas chamaremos de (f).

Fale que para o estudo de ondas devemos considerar todas as unidades dentro do sistema internacional de unidades (SI), portanto temos que trabalhar com “segundos” e “metros”.

Atividade 2:

Crie agora uma situação baseada no que se vê na Figura 1, para que possa se determinar o valor das grandezas associadas as ondas para esta situação. Portanto diga aos alunos para observarem a geração de ondas feita por outro aluno numa corda levada pelo professor (neste momento o professor deve saber gerar 3 ondas numa corda, a cada segundo, com um comprimento de onda de 2 metros. O professor deve treinar antes da aula, usando uma corda grande, fina e de  baixa densidade, pois nela é possível gerar a situação sugerida). Pergunte então qual aluno se propõe a tentar gerar as ondas com as características desejadas. O primeiro que tentar se não conseguir peça que sente e deixe outro tentar, e assim  por diante, até que alguém consiga gerar aproximadamente o que se pede. Se demorar muito e ninguém conseguir o professor deve mostrar a geração e dar continuidade à aula.

Vamos então determinar os valores de λ, T e f para estas ondas:

a) o comprimento de onda λ é a distância entre a início e o fim de cada onda, ou seja, é efetivamente o comprimento de cada onda. Neste caso 2 metros;

b) o período T é o tempo para se gerar uma de cada uma das 3 ondas geradas. Como gera-se 3 ondas em 1 segundo, pode-se ver que neste caso T vale 1/3 = 0,33 segundo;

c) a frequência f é a quantidade de ondas geradas por segundo, que neste caso, é de 3 ondas por segundo, cuja unidade no sistema internacional é chamada de hertz (Hz), portanto f = 3 Hz.

(Figura 1 - Geração de ondas em uma corda tensa - Figura de autoria pessoal)

Mostre novamente a Figura 1 e diga que o comprimento de onda pode ser observado de acordo com com o que foi definido acima (distância entre o início e o fim da onda), mas também pode ser visto como sendo a distância entre dois pontos mais altos consecutivos de um trem de ondas, ou a distância entre dois pontos mais mais baixos consecutivos de duas ondas consecutivas. Os pontos mais altos de uma onda numa corda, ou de uma onda no mar, são chamados de cristas e os pontos mais baixos de vales.

Atividade 3:

Peça aos alunos agora para formarem grupos de 4 pessoas. Diga que tentem determinar, com base nas explicações dadas até agora, qual é a relação matemática entre f e T. Dê um pequeno intervalo de tempo para essa determinação (aproximadamente 4 minutos). Se algum grupo chegar a resposta correta, parabenize-o, mas apresente a relação seguinte para toda a turma: f = 1/T ou T = 1/f, e explique-a.

Para que eles possam visualizar com clareza cada uma dessas grandezas o professor deve utilizar os programas de simulação, que podem ser obtidos em http://ww2.unime.it/weblab/awardarchivio/ondulatoria/downloads.htm, e simular a variação de uma ou mais dessas variáveis e eles verem. Primeiro faça com cada uma delas individualmente, depois com duas de cada vez. 

Para estes mesmos grupos, pergunte se eles conseguem determinar então a velocidade v de propagação de uma onda, ou seja, qual fórmula usaríamos para essa determinação? Lembre-os que as ondas realizam movimento uniforme. Se algum grupo chegar a resposta correta, parabenize-o, mas apresente e explique a relação seguinte para toda a turma:

Diga que esta é relação fundamental que se aplica a toda propagação ondulatória, independente do tipo de onda e do meio onde se propaga.

Encerre a aula passando uma atividade extra-classe. Diga para eles pesquisarem sobre a propagação de ondas em molas. Após a pesquisa, peça que determinem o modo de se calcular λ, f e T para propagações ondulatórias nas molas..

Aprenda mais sobre gradezas associadas ao movimento ondulatório:

Uol Educação: http://educacao.uol.com.br/fisica/ult1700u17.jhtm 

Info Escola: http://www.infoescola.com/fisica/ondulatoria-ondas/ 

Brasil Escola: http://www.brasilescola.com/fisica/ondas.htm 

Colegio Web: http://www.colegioweb.com.br/fisica/o-que-sao-ondas 

Wikipedia: http://pt.wikipedia.org/wiki/Onda 

Cola da Web: http://www.coladaweb.com/fisica/ondas/ondas 

NEWTON, V.B; HELOU, R.D.; GUALTER, J.B. Tópicos de Física 2 – Termologia, Ondulatória e Óptica. São Paulo: Editora Saraiva, Vol. 2, 448p., 18a Ed., 2007.

Elabore questões onde se pede a determinação dos valores das variáveis v, f, T e λ a partir de um esquema apresentado em uma figura, mas elabore questões onde esses valores tenham que ser calculados a partir de informações fornecidas sobre uma determinada propagação ondulatória onde falta alguns destes dados.

A atividade passada aos alunos no final da aula (a respeito de molas), pode ser usada como instrumento de avaliação em um trabalho formal.