• SABER COMO SE  PRODUZ UMA ONDA.
• ENTENDER COMO UMA ONDA SE PROPAGA.
• OBSERVAR SITUAÇÕES EM QUE DOIS SISTEMAS ENTRAM EM RESSONÂNCIA .

• MOVIMENTO HARMÔNICO.
• OSCILAÇÕES PERIÓDICAS.
• ONDAS MECÂNICAS.
• ONDAS ELETROMAGNÉTICAS.

1. A Natureza Ondulatória no nosso ambiente

O professor pode iniciar esta atividade apresentando figuras de ondas do cotidiano dos alunos para motivá-los e logo a seguir distribuir o pequeno texto que está abaixo da figura,  para que realizem leitura em grupo.

Figura 1. Uma onda fotografada por dentro imagem obtida do endereço:
http://posterous.com/getfile/files.posterous.com/milenecristina/v3i016jacO2p82Zd6TUGR4r8gpTXjbVJZrEqDDRhywu9xxxQwNUJV9egs3nO/Ondas11.jpg

As Ondas em Nosso Cotidiano:

     Constantemente estamos em contato com ondas. Em qualquer lugar que estivermos, as ondas nos tocam. Algumas destas podemos ver, outras podemos ouvir e muitas não são possíveis de serem vistas nem ouvidas, como as ondas de rádio e sinais de celular que atravessam o local que estamos. Todas estas ondas são energia, as ondas mecânicas ao se propagarem não transportam o meio nessa propagação.

1.             Num dia de chuva, as gotas que caem numa lagoa produzem deformações na superfície da água. Tais deformações constituem-se em ondas. Para percebermos estas ondas visualmente é necessário que as ondas luminosas atinjam nossas retinas.

            Os sons que percebemos ao ouvir uma música são ondas sonoras, os sinais de rádio e televisão que chegam a nossas casas são ondas eletromagnéticas que os aparelhos captam para produzirem o som que são ondas sonoras e imagem que são ondas eletromagnéticas dentro da faixa visível do espectro eletromagnético. Além dessas existem inúmeras outras ondas que podem provocar catástrofes , como as ondas de radiações Gama produzidas pelos reatores nucleares.

Após a Leitura deste pequeno texto motivador,  peça aos alunos para que, divididos em grupos pequenos, realizem as seguintes tarefas.

a) Liste os tipos as ondas que estamos em contato em nosso ambiente neste momento durante esta aula.

Resposta Esperada:  Ondas de radio ,TV, radiações infravermelhas, radiações visíveis, ondas sonoras audíveis e inaudíveis, ondas de sinais de celular

b) Quais das ondas existentes na sala de aula, podemos perceber diretamente, usando nossos órgãos do sentido?

Resposta Esperada: o som (ondas sonoras), a luz visível    e  o calor (ondas eletromagnéticas)

c) Quais percebemos indiretamente?

Resposta Esperada: as ondas de celular e de rádio, pois necessitamos de um dispositivo eletrônico , o rádio  e o celular para percebê-las. 

d) Quais entre as ondas que estão na sala,  podem ser classificadas como ondas eletromagnéticas?

Resposta Esperada: Ondas de rádio , de microondas, de Tv , radiação infravermelha e luz visível .

e) Quais podem ser classificadas como ondas mecânicas?

Resposta Esperada: As ondas sonoras

Figura 2. Ilustração de ondas mecânicas produzidas na superfície da água . Imagem obtida do endereço:
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Ondas/figuras/clas1.gif

Figura 3. Uma imagem estática que produz uma ilusão óptica de movimento em forma de ondas, obtida do endereço:
http://www.negociosdojapao.com.br/wp-content/uploads/2007/06/ondas-vivas.gif

2. Entendendo as Ondas

Nesta parte o professor inicia o estudo teórico de ondas diferenciando os tipos de ondas, mostrando a reflexão, refração e interferência de ondas, para isso deve iniciar exibindo o filme a seguir.

a) Exiba o filme do recurso abaixo que tem aproximadamente 13 minutos e se chama " Os Curiosos - Formação e Propagação de Fenômenos Ondulatórios".

Os Curiosos – Formação e Propagação de Fenômenos Ondulatórios  

b) Após a exibição do filme os alunos, divididos em grupos, deverão apresentar a resposta para as questões a seguir, que foram apresentadas no filme.

Questões:

1. Quando tem uma descarga na atmosfera o que percebemos primeiro, a luz do relâmpago ou o som do trovão?
2. Explique porque tem uma diferença entre o tempo de chegada dos dois eventos aos nossos órgãos do sentido?
3. Como podemos escutar o eco de nosso grito?
4. Explique o eco.
5. Qual a diferença entre o eco e a reverberação?
6. Qual o intervalo de tempo mínimo para que possamos distinguir dois sons idênticos?
7. As ondas na água são ondas mecânicas ou eletromagnéticas?
8. Como podemos mostrar a difração de ondas numa piscina de água?
9. Como podemos mostrar a interferência entre ondas numa superfície de água?

c) Mostre o recurso "Diapasão e som" a seguir, nele uma animação exibe como as moléculas de ar vibram ao toque de um diapasão.

Diapasão e som 

d) Após a exibição da onda sonora do diapasão questione aos alunos se a onda é longitudinal ou transversal?

e) Apresente a seguir o filme:  "Ondas estacionárias" do Mago da Física. Este vídeo servirá para que os alunos entendam os elementos de onda e  a diferença de ondas transversal e longitudinal.

Mago da física - ondas estacionárias 

f) Após a exibição do filme, peça aos alunos, que em grupo, respondam as seguintes questões relacionadas ao filme, para posteriormente apresentarem aos colegas as suas soluções.

Questões :

• O que é uma onda longitudinal?
• Dê exemplo de ondas longitudinais?
• O que é uma onda estacionária ?
• Como posso produzir uma onda estacionária?
• Como posso produzir os harmônicos em uma corda?
• Desenhe os primeiro, segundo e terceiro harmônico de uma onda estacionária?

3. Ressonância.

As moléculas de água dos alimentos podem entrar em ressonância com as ondas produzidas pelo forno de microondas e provocar o aquecimento dos alimentos. Nesta etapa o professor deve conduzir a turma ao entendimento do fenômeno de ressonância. 

a) Exiba o filme "Música é cultura, é física"  a seguir mostra  que a música, a cultura está relacionada a física.

Música é cultura, é física! 

Construção de sistemas de  Pêndulos Vibrantes.

1. Construa  quatro pêndulos semelhantes ao da figura 4 a seguir, de forma que os ímpares tenham mesmo tamanho e os pares também. 
2. Para isso use um barbante forte e bem esticado Pendure neste barbante horizontal os pêndulos.  

Observando os pêndulos vibrarem.

1. Faça o terceiro vibrar. Observe qual deles vibrará também por ressonância.
2. O que se observa para os pêndulos?
3. Quais entre os pêndulos tem mesma frequência?
4. Explique este fenômeno baseado nos seus conhecimentos de ressonância.

Explicação: 

Esta experiência é muito simples, fácil de ser montada e de uma riqueza muito grande, pois nela se evidencia a ressonância entre pêndulos de mesma frequência. Ainda pode ser observado nesta experiência a transferência de energia de um pêndulo para o outro. Quando coloca-se um pêndulo para vibrar, logo depois  inicia a vibração de outro que tenha a mesma frequência, isto é, o mesmo comprimento. O pêndulo  que transferiu a energia para para o outro tem a sua  amplitude de vibração reduzida. Posteriormente, esta energia é devolvida e isso continua por um longo tempo até que a energia seja dissipada para o meio. 

c) Apresente o seguinte filme, "Interferência, ressonância e batimento", para os alunos e peça que observem situações de ressonância entre diapasões de mesma frequência. 

• Mago da física - interferência, ressonância e batimento 

d) Peça os alunos que discutam em grupo as semelhanças entre o pêndulo que oscila quando o outro oscila  e o diapasão que vibra quando o outro vibra.  Peça que elaborem uma explicação para o fenômeno observado com base no filme e se necessário utilizem o texto que está em recursos complementares.  

e) Complementando o estudo de ressonância, o professor pode usar o exemplo de ressonância que está em nosso cotidiano, veja a seguir:

Figura 5. Forno de microondas, aquece os alimentos que contém água, pois as moléculas de água contida nos alimentos entram em ressonância com as ondas produzidas pelo aparelho. Imagem obtida do endereço:
http://janelasverdespt.files.wordpress.com/2011/01/microondas.jpg 

Microondas. Como funciona tudo isso?

Como as ondas dentro do microondas devem ser estacionárias, deve-se esclarecer para os alunos e até colocar como forma de atividade quais são as possíveis larguras (L) entre as paredes internas do microondas para que a freqüência do aparelho seja a mesma freqüência natural de vibração da molécula de água.

A partir disso, pode-se inserir novamente o conceito de ressonância para explicar como o alimento esquenta-se.

Explicação: Os alimentos que contém água, se aquecem dentro do forno de microondas, já os desidratados não se aquecem.  Por isso uma chícara de porcelana com água sai com sua alça fria, durante o aquecimento da água. O que acontece é que as microondas tem comprimento de onda da ordem do tamanho das moléculas de água contida nos alimentos e por isso elas entram em ressonância com as ondas produzidas pelo aparelho. Assim elas passam a vibrar mais intensamente e a temperatura consequentemente se eleva. 

Peça aos alunos para pesquisarem porque o prato colocado dentro do microondas deve girar.

Resposta esperada: Em pontos específicos dentro do microondas existem pontos nodais (que já foram observados em ondas estacionárias,  anteriormente pelos alunos). Caso o prato não girasse, uma porção do alimento que fica sob os nós não esquentaria.

 Os endereços a seguir são de textos que abordam o fenômeno de ressonância. Com estes textos o fenômeno de ressonância pode ser complementado. 

http://www.searadaciencia.ufc.br/tintim/fisica/ressonancia/ressonancia5.htm

http://www.searadaciencia.ufc.br/tintim/fisica/ressonancia/ressonancia6.htm

http://www.searadaciencia.ufc.br/tintim/fisica/ressonancia/ressonancia7.htm

O fenômeno de ressonância pode ser fortemente explorado, a princípio com um vídeo que decorre do efeito: http://www.youtube.com/watch?v=Zkox6niJ1Wc (Duração: 2 minutos)

Como mais um exemplo clássico do fenômeno, pode-se mostrar o vídeo da ponte de tacoma em Ohio, aproveitando para inserir contexto histórico do ocorrido.

http://www.youtube.com/watch?v=5E7T4AlYpNg&NR=1 (Duração: 30 segundos).

AO FINAL DESTA AULA, O ALUNO DEVERÁ TER NOÇÕES DE: