• Realizar uma demonstração dos diversos tipos de propagação de ondas, usando uma mola;
• Criar ondas estacionárias numa mola;
• Identificar os ventres e nós em ondas estacionárias;
• Discutir o efeito Doppler.

• Movimento Oscilatório;
• Elementos de ondas, conceito de amplitude, comprimento de onda, período e freqüência.

Nesta aula estudaremos a formação, propagação das ondas transversais, ondas longitudinais e fenômenos ondulatórios.

Atividade 1- Formação e Propagação de Ondas

A. Inicie a aula apresentando aos alunos exemplos de perturbações simples, como atirar uma pedra na água, figura 1, ou como movimentar uma corda com extremidade fixa para cima e para baixo , figura 2, que são o bastante para formar as ondas.

Figura 1: Ondas se propagando na água. Imagem obtida do endereço: http://www.brasilescola.com/fisica/ondas.htm  

Figura 2: Onda se propagando numa corda.  Imagem obtida do endereço:   http://1.bp.blogspot.com/_JJJ4o4Jcg48/TM66RWjIugI/AAAAAAAAYBU/0kUqLhicjZI/s1600/ondx1.jpg

Peça aos alunos, para formarem grupos de 4 a 6 pessoas e distribua para cada grupo uma mola helicoidal longa, tipo a da figura 3.

Figura 3 . Onda transversal sendo formada numa mola helicoidal.  Imagem obtida do endereço: 
http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/tipos-de-ondas/imagens/tipos-de-ondas-5.gif

A seguir, peça para um par de alunos de cada grupo segurar as extremidades da mola e realizar as atividades seguintes:

1. Peça a cada grupo de alunos, que produza, numa mola helicoidal, um pulso de onda longitudinal. Para isto, estando a mola esticada horizontalmente e sendo segurada  por duas pessoas, um dos que a segura encolhe uma parte juntando os elos da mola e posteriormente solta, observando assim o que acontece.

2. Após produzir o pulso longitudinal, o grupo deve representar esquematicamente as direções de vibração e de propagação desta  onda longitudinal.

3. Produza numa mola helicoidal um pulso de onda transversal. semelhante ao que é representado na figura 3.

4. Após produzir o pulso tranversal, o grupo deve representar esquematicamente as direções de vibração e de propagação desta onda transversal.

5. Peça a cada grupo que produza um pulso e observem como ele é refletido. Inicialmente produza numa mola helicoidal um pulso de onda transversal e observe como ele é refletido por uma extremidade fixa e faça o diagrama representando esta reflexão. Para fazer a extremidade fixa pode-se prender uma das extremidades em um gancho na parede.

6. Produza numa mola um pulso de onda transversal e observe como ele é refletido por uma extremidade móvel e faça o diagrama representando esta reflexão. Para fazer a extremidade móvel pode-se prender uma das extremidades da mola a uma cordel fino e forte e este a um gancho na parede.

7. Peça a cada grupo que produza uma onda estacionaria na mola, podendo a mola ser colocada no chão. Para isto , vibre uma das extremidades da mola enquanto a outra extremidade é mantida fixa. Observe que a onda estacionária pode formar diferentes harmônicos dependendo da oscilação produzida na extermidade. Peça a um dos alunos de cada grupo que aponte para os pontos onde se formam os nós e identifique nesta onda,  o comprimento de onda. Faça um desenho explicativo.

8. O que significa o número de vibrações que a onda efetua por intervalo de tempo?

9. O que acontece com o comprimento de onda quando aumentamos o número de vibração por intervalo de tempo?

10. Após realizar estas etapas, os representantes de cada grupo deverão apresentar aos demais colegas os resultados e definir o que são ondas longitudinais e transversais. O que distingue um tipo de propagação da outra? Se amarrarmos um laço na mola, como ele se moveria para cada tipo de propagação? Em uma onda, há transporte de matéria? E de energia?

Atividade 2. As ondas estacionárias.

Nesta etapa o professor deve exibir o vídeo a seguir projetando o numa sala de projeção. 

ONDAS ESTACIONÁRIAS EM UMA MOLA:

http://www.youtube.com/watch?v=pDkd-vO1x9k

 Após a exibição do filme, peça aos alunos para realizarem as seguintes tarefas, baseando-se no filme visto:

1. Desenhe o primeiro harmônico formado pela mola, quando foi posta para oscilar formando a primeira onda estacionária e identifique os nós e o ventre da onda que se formou.
2. Desenhe o segundo harmônico formado pela mola, quando foi posta para oscilar formando a segunda onda estacionária e identifique os nós e os ventres da onda que se formou.
3. Da primeira onda estacionária para a segunda, explique como variou a forma de produzir a onda.
4. Explique a relação entre aumentar a frequência e o comprimento da onda estacionária que se forma.
5. Compare o comprimento de onda em outros harmônicos , 3o e 4o harmônicos, o que ocorreu com a frequencia para produzir os harmônicos maiores.
6. Pode-se concluir que onda de maior frequência tem maior ou menor comprimento?

Figura 4: Onda estacionária. Identificação dos nós N, dos ventres V e dos comprimentos de onda que é distância entre dois nós consecutivos.

http://www.infoescola.com/fisica/onda-estacionaria/

Atividade 3 - Efeito Doppler

O professor pode, nesta etapa, ressaltar que as ondas, embora tenham uma frequência bem definida e que depende da fonte geradora, podem ser percebidas de forma diferenciada, quando há movimento relativo entre a fonte e o observador.

Para mostrar este efeito, o professor pode exibir o filme onde foi realizada a gravação de uma ambulância que se aproxima e depois se afasta do observador.

Apresente para a turma o vídeo que ilustra este efeito perfeitamente, é o "Efeito Doppler", do endereço a seguir:

http://www.youtube.com/watch?v=4jZC0PyQuEE(9 segundos)

Após a exibição do filme, o professor deve colocar a turma disposta em círculo e promover uma discussão, pautada nas seguintes afirmativas, que são verdadeiras:

1. O som é uma onda mecânica.

2. O som mais fino, como o de um apito, é agudo e tem frequência maior que o mais grave.

3. O som mais grave tipo o som de um contra baixo tem menor frequência.

4. Quando a fequência aumenta, o som fica mais agudo e isso acorre quando há aproximação entre a fonte e o observador.

5. O professor deve instigar os alunos a darem uma explicação para o fato observado no filme anterior. Eles já perceberam que o barulho da sirene ou da buzina de um carro é modificado de mais agudo a mais grave à medida que o carro se aproxima, passa e se afasta de do observador, respectivamente.

Induza os alunos a chegarem a conclusão final sobre o comprimento de onda medido por um sensor. Espere que eles cheguem a conclusão que valor observado pelo sensor depende do movimento relativo entre o próprio sensor e a fonte de emissão das ondas. Este efeito ocorre para ondas mecânicas ou eletromagnéticas. Uma provável expansão do universo é sugerida por ser observado este efeito nas radiações que chegam do espaço.

Como curiosidade final,  apresente o seguinte texto "Como funcionam os radares de trânsito?". Distribua cópias para que os alunos em grupo façam a leitura. Peça que cada grupo, após o estudo do texto, explique aos demais como os radares funcionam:

"Como funcionam os radares de trânsito?"  http://cienciahoje.uol.com.br/revista-ch/revista-ch-2009/257/como-funcionam-os-radares-de-transito/?searchterm=Efeito%20Doppler

Uma animação sem som e com legendas, representa como se observa uma mudança na frequência observada, quando há movimento da fonte em relação a um observador.
The Doppler Effect do endereço:

http://www.youtube.com/watch?v=-t63xYSgmKE&feature=related

Para entender os harmônicos em cordas vibrantes e tubos sonoros, veja o site:

http://www.infoescola.com/fisica/harmonica/

Após esta aula, o aluno deve ser capaz de:  

• Entender como se formam e se propagam as ondas;
• Diferenciar ondas transversais e longitudinais;
• Entender como se forma uma onda estacionária;
• Identificar nós, ventres e o número de comprimentos de onda numa onda estacionária;
• Relacionar a freqüência com o número de nós de uma onda estacionária;
• Entender a natureza do efeito Doppler.