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Fenômenos ondulatórios: formação e propagação - Pulsos e Ondas Estacionárias

 

12/09/2011

Autor e Coautor(es)
José Higino Dias Filho
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MONTES CLAROS - MG Universidade Estadual de Montes Claros

Edson Luis Nunes, Daniel Rodrigues Ventura, José Ângelo Faria

Estrutura Curricular
Modalidade / Nível de Ensino Componente Curricular Tema
Ensino Médio Física Som, imagem e informação
Ensino Médio Física Equipamentos elétricos e telecomunicações
Educação Profissional Controle e Processos Industriais Técnico em Eletrônica
Educação Profissional Controle e Processos Industriais Técnico em Eletroeletrônica
Ensino Fundamental Final Ciências Naturais Tecnologia e sociedade
Dados da Aula
O que o aluno poderá aprender com esta aula
  •   O conceito de pulso de onda. 
  •   O conceito de onda estacionária. 
  •  Como visualizar a propagação de um pulso de onda e a formação de uma onda estacionária através de experimentos simples utilizando uma corda de   borracha.
Duração das atividades
50 min
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno
  • Conceito de onda mecânica.
  • Características de uma onda (frequência, amplitude, comprimento de onda).
  • Amortecimento de onda.
  • Interferência de pulsos de onda.
  • Reflexão de ondas.
  • Ressonância.

                               

Estratégias e recursos da aula

Essa aula deve ser realizada num laboratório de Física. Além dos materiais necessários para a realização das atividades, o laboratório deverá conter recursos multimídias (projetor multimídia e computador conectado à internet).

Com essa aula, os estudantes deverão ser capazes de compreender o que é um pulso de onda, como se dá a reflexão de uma onda e como se forma uma onda estacionária.

Inicialmente o professor deve explicar aos alunos que um pulso de onda é uma perturbação que se propaga através de um meio. Uma onda é denominada mecânica se ela se propaga apenas em meios materiais (como o ar, a água, um metal etc), e eletromagnética  se ela se propaga tanto em meios materiais como no vácuo. O som é uma onda mecânica e a luz é uma onda eletromagnética.

Após conceituar o que é um pulso de onda mecânica, o professor deve dar início a algumas atividades que permitirão aos alunos terem uma visão prática de tal fenômeno.

Atividade 1.

Com essa atividade será demonstrado aos estudantes o que é um pulso de onda.

Material

06 kits compostos, cada um, por: 01 mangueira de borracha (tipo mangueira de jardim) com comprimento de 5 metros.

Procedimento

O professor, após dividir a turma em equipes de cinco estudantes, deve solicitar que dois membros de cada equipe manuseiem o material do Kit, segurando, cada um, uma das extremidades da mangueira e a estiquem. Após esticarem-na, um dos estudantes deve dar uma pequena pancada em uma das extremidades da mangueira. Eles deverão observar o que acontece a partir dessa ação.

pulso

Figura 1. Acessado em: http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/tipos-de-ondas/imagens/tipos-de-ondas-4.gif

Após a realização do experimento, os estudantes devem responder às seguintes perguntas:

1)      Qual a direção de propagação do pulso de onda?

Resposta esperada: horizontal.

2)      Qual a direção da oscilação do pulso?

Resposta esperada: vertical

3)      Baseado nas direções de propagação e oscilação do pulso de onda, como poderemos classificar tal onda?

Resposta esperada: Onda transversal.

 

Atividade 2.

Essa atividade objetiva levar os estudantes a verificarem o que ocorre com o pulso de onda ao atingir o final do seu meio de propagação.

Material

01 corda elástica de cinco metros de comprimento cada uma e um ponto onde se poderá fixar uma das extremidades das cordas.

Procedimento

Esta atividade será realizada por toda a turma, sob a supervisão do professor

O professor deve pegar a corda e prender uma das extremidades em um ponto fixo, de acordo com a imagem abaixo:

onda

Figura 2. Acessado em: http://www.didactika.com/fisica/ondas/images/cuerda_extremo_fijo.gif

Após montado o experimento, o professor deve criar um pulso de onda, na corda, e os estudantes devem observarem o que ocorre a esse pulso ao se atingir a extremidade onde a corda está fixada. Em seguida o professor solicitará que os estudantes respondam às seguintes questões:

1)      O pulso de onda se extingue ao atingir o ponto fixo?

Resposta esperada: Não

2)      O que ocorre com o pulso ao atingir o ponto de fixação da corda?

Resposta esperada: retorna em direção à sua origem.

3)      O pulso refletido é igual ou invertido em relação ao pulso original?

Resposta esperada: Invertido

4)      O pulso refletido é mais ou menos intenso que o pulso original?

Resposta esperada: menos intenso, pois parte da energia do pulso (onda) é transferida ao ponto onde a corda está fixada.

 

img 3

Figura 3. Acessado em: http://www.didactika.com/fisica/ondas/images/cuerda_extremo_fijo1.gif

O professor deverá pedir que alguns alunos repitam o procedimento de manuseio do material e  o experimento, haja vista que essa interação poderá ajudar numa melhor fixação do aprendizado.

 

Atividade 3

Com esse experimento o professor  irá demonstrar e proporcionar aos alunos uma visão do que é uma onda estacionária.

Material

01 espiral de encadernação de uns 3 metros de comprimento, por equipe.

 

Procedimento

O professor deve, inicialmente, dividir a turma em equipes compostas por cinco estudantes e entregar uma espiral a cada equipe, que executará o experimento seguindo as instruções abaixo.

Em cada equipe, dois estudantes segurarão a espiral pelas extremidades e a esticarão.

Um dos estudantes começará a imprimir um movimento de oscilação vertical à espiral,  para que seja gerada uma onda (veja a ilustração abaixo).

onda simples

Figura 4. Adaptada a partir da figura disponível em: http://static.infoescola.com/wp-content/uploads/2009/08/full-1-e3cb4acf70.jpg

- Os estudantes devem aumentar (dobrar,  triplicar, quadruplicar) a frequência da onda e observar o que ocorre com a corda

estacionária

Figura 5. Acessado em: http://static.infoescola.com/wp-content/uploads/2009/08/full-1-3bd53d868e.jpg

- Após a realização do experimento, o professor pedirá que os estudantes debatam os resultados obtidos e verifiquem se as  observações sobre as formas de ondas obtidas pelas equipes são semelhantes. Em seguida o professor pedirá que   respondam às seguintes questões:

 

01)   A onda obtida ao se quadruplicar a frequência assemelha-se à imagem da figura 5?

 

Resposta esperada: Sim.

 

02)   Quantos nódulos e ventres podem ser contados, respectivamente?

 

Resposta esperada: 5 nódulos e 4 ventres.

 

03)   As ondas geradas e refletidas se interferem?

 

Resposta esperada: Sim

 

Neste ponto da aula, o professor deve ajudar os estudantes a concluir o processo de compreensão, esclarecendo aos alunos o que é uma onda estacionária, utilizando para isso a seguinte explicação:

ondas estacionárias são aquelas obtidas pela interferência de duas ondas iguais que se propagam no mesmo meio e em sentidos contrários.

Entende-se por ondas iguais aquelas que possuem mesma freqüência, mesma amplitude, mesmo comprimento de onda e mesma velocidade.

O conhecimento acerca das ondas estacionárias torna-se bastante relevante, pois em sistemas de comunicação que usam transmissão de informações via ondas eletromagnéticas, a formação de ondas estacionárias pode diminuir a eficiência do sistema e até mesmo causar a queima dos seus componentes elétricos, devido a não dissipação da energia transportada pela onda, o que pode ser melhor compreendido acessando-se o seguinte link: http://www.ibytes.com.br/radiofrequencia.php?id=756


Para finalizar o trabalho, o professor deve pedir que os estudantes façam um relatório sobre os experimentos e as conclusões a que chegaram e esse relatório deve ser disponibilizado para ser consultado por qualquer outro estudante interessado no tema. Tal divulgação poderá ser feita via internet (Blog), onde será exposto o passo-a-passo de todo o procedimento.

Recursos Complementares
Avaliação

Avaliação

Após estudar essa aula o aluno deverá compreender:

  • o que são pulsos de ondas
  • que esses pulsos (ondas) podem ser utilizados para o transporte de informações.
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