Estudo da reflexão e refracção com o auxílio de animações

Estas duas animações interactivas são bastante úteis para o estudo dos fenómenos da reflexão e refracção.

• Reflexão

 

• Refracção

Aplicação da Lei de Snell, também conhecida por Snell-Descartes ou lei da refracção, pode ser enunciada de várias formas.

 

Na animação anterior ao clicar em Outro tem a opção de inverter o sentido da luz incidente e, dessa forma, estudar o fenómeno de reflexão total.

Mais animações úteis em vários campos da Física podem ser encontradas aqui.

Quiz 14: Física 8º – Luz 02

Temas: espectro electromagnético, a luz e as suas propriedades, a cor dos objectos e as lentes e defeitos de visão (miopia e hipermetropia).

Pode encontrar neste blogue muitos recursos que o podem ajudar. Utilize a pesquisa na barra lateral ou dê uso às etiquetas. Para aceder a outros questionários deste tipo, procure pelo tema Quiz.

Há questões em que surgem instruções. Dê-lhes a devida atenção para evitar perder pontos sem necessidade.

Qualquer dúvida ou falha que detectem, enviem um comentário.

Sugiro que cliquem em Full screen (abaixo de start quiz) e, na janela que irá abrir cliquem em Print (canto superior direito). Desta forma poderão ver e responder a todas as questões, voltando a trás e corrigindo quando necessário. Após a última questão aparece o botão para submeter todas as respostas de uma só vez.

Bom trabalho.

Aviso para os alunos que o realizaram na aula, para avaliação:

Deverão seguir esta ligação para consultar o seu resultado e analisar as respostas erradas que deram. Se tiverem alguma questão, escrevam um comentário neste post.

Já atribuí todas as bonificações decorrentes de erros de formatação na respostas.

Quiz 13: Física 8º – Luz 01

Mais um questionário (Quiz) para todos interessados em avaliar os seus conhecimentos de Física.

Temas: espectro electromagnético, a luz e as suas propriedades, a cor dos objectos e as lentes e defeitos de visão (miopia e hipermetropia).

Pode encontrar neste blogue muitos recursos que o podem ajudar. Utilize a pesquisa na barra lateral ou dê uso às etiquetas. Para aceder a outros questionários deste tipo, procure pelo tema Quiz.

Há questões em que surgem instruções. Dê-lhes a devida atenção para evitar perder pontos sem necessidade.

Qualquer dúvida ou falha que detectem, enviem um comentário.

Bom trabalho.

Sugiro que cliquem em Full screen (abaixo de start quiz) e, na janela que irá abrir cliquem em Print (canto superior direito). Desta forma poderão ver e responder a todas as questões, voltando a trás e corrigindo quando necessário. Após a última questão aparece o botão para submeter todas as respostas de uma só vez. Agradeço à Marta a dica muito útil.

E se víssemos o mundo na gama dos infravermelhos?

Neste vídeo muito interessante, a Dra. Michelle Thaller explica muito bem o que são os infravermelhos e como seria o mundo à nossa volta se os conseguíssemos ver.

Encontrei-o aqui, no sítio Cool Cosmos da NASA, mas preferi colocar a versão que está no YouTube, por ser mais prático. Está em inglês.

Recomendo que leia primeiro estes posts.

• Ver o mundo com outro olhos
• Eureka! Radiação e o espectro electromagnético
• Espectro electromagnético

Som: estudo das características de ondas com recurso a animações

Este é mais um post dedicado ao estudo do som e das ondas. Recomendo que consulte aqui os outros.

A campainha da figura ao lado está dentro de uma campânula de vidro. Pressione o botão verde para activar a campainha e novamente para remover o ar da campânula. Observe o que sucede à medida que o vácuo é criado. Os círculos azuis representam as ondas sonoras.
Quando se percute um címbalo, este vibra. Esta vibração propaga-se para as moléculas do ar e está criada uma onda sonora. Tal pode ser observado na imagem à direita. Para saber mais, recomendo este post: O que é uma onda?

Agora é fácil perceber por que razão o som não pode viajar no vácuo. Se não há moléculas para vibrar, não pode haver som. O som só pode viajar num meio material. Pode atravessar sólidos, viajar pelo ar e pela água e outros líquidos. Diz-se que esta é uma onda mecânica.

Por outro lado, a luz, a onda luminosa não é formada por partículas a vibrar, mas é formada por campos eléctricos e magnéticos oscilantes, podendo existir no vácuo: é uma onda electromagnética.

Outra forma de classificação das ondas é quanto à relação entre a direcção de propagação da onda e a direcção com que vibram as partículas do meio (ou as propriedades electromagnéticas do mesmo). Para saber mais, recomendo este post: O que é uma onda?

Com as duas animações interactivas seguintes, pode criar ondas transversais e longitudinais. Leia as instruções de cada uma (recomendo que não movimente o rato com muita rapidez).

As quatro animações anteriores foram retiradas daqui.

Mas como caracterizar pormenorizadamente uma onda?

Para isso temos que utilizar números, claro. Precisamos de quantificar certas características, que passo a definir:

Amplitude (A) - Distância entre o ponto de equilíbrio da onda e o ponto de desvio máximo relativamente a ele.

Período (T) - Característica essencial que caracteriza uma onda. Geralmente define-se pelo tempo que um ciclo demora a ser percorrido. Ou, de outra forma, é o tempo necessário para que as características da onda se repitam. A sua unidade SI é o segundo (s).

Frequência (f) - Esta grandeza corresponde ao número de vezes que um ciclo é percorrido por unidade de tempo e em unidades SI vem em s^-1 ou Hz (em homenagem ao Físico Heirich Hertz). É dada pela expressão   .

Comprimento de Onda () - É a distância que um ciclo tem no espaço. Ou, de outra forma, é a distância entre dois pontos consecutivos e equivalentes de uma onda. A sua unidade SI é o metro (m).

Na figura ao lado (encontrada aqui) podemos ver representadas cada uma destas características. É importante reparar na diferença entre os dois eixos horizontais. No gráfico superior o eixo horizontal mede tempo, pelo que a distância entre picos é o período. No gráfico inferior o eixo horizontal mede deslocamento, pelo que a distância entre picos é o comprimento de onda.

 

As duas animações interactivas seguintes permitem-lhe modificar (arrastando os pontos verdes) as características de uma onda. Encontradas aqui.

Finalmente, a velocidade (ou rapidez) com que uma onda se propaga (v) define-se como a rapidez à qual um ponto, caracterizado por uma determinada fase, se desloca no espaço. Pode ser calculada pelas expressões     ou   .  A sua unidade SI é o metro/segundo (m/s).

Por exemplo, na animação à direita (encontrada aqui), se dividir a distância entre picos consecutivos pelo tempo necessário para que estes picos desapareçam da animação, pode calcular facilmente a velocidade da onda representada.

E depois de isto ser tudo lido e experimentado com muita atenção, que tal um Quiz para testar os conhecimentos adquiridos? Pois é o que aparecerá aqui em breve. Prepare-se.

Simulador: Som e ondas

Este applet permite estudar as ondas sonoras. Podemos ajustar a frequência, o volume e o conteúdo harmónico, e ver e ouvir como o som se altera.

Podemos alterar a distância do ouvinte ao altifalante e estudar o modo como o som é percepcionado.

Também permite descobrir métodos para calcular a velocidade, comprimento de onda, frequência e período de uma onda.

 

 

Podemos adicionar obstáculos e mudar a sua orientação e posição, de forma a estudar a reflexão.

Para estudar fenómenos de interferência, podemos adicionar um segundo altifalante.

 

É possível simular o que acontece ao som quando se altera a pressão do ar (até obter vácuo) no interior de uma caixa que contém um altifalante.

 

Se encontrarem uma opção que achem importante divulgar, podem escrever um comentário.

Clique aqui para iniciar a simulação. Caso não tenha JAVA instalado, pode obtê-lo na barra lateral deste blogue.

Pode encontrar mais material sobre som, óptica e ondas, procurando nos temas na barra lateral do blogue.

Simulador: Ondas, som e luz

Este applet permite estudar as ondas, o som e a luz. Podemos produzir ondas pelo pingar de uma torneira, por um altifalante (ou dois), ou por intermédio de um laser (ou dois) e observar como estão relacionadas. Todas podem ser representadas por uma sinusoidal.

Para estudar o som, é muito interessante poder ver o movimento das partículas do ar durante a propagação da onda de compressão, confirmando que não ocorre transporte de matéria.

Podemos modificar a frequência e a amplitude e, no caso do som, permite ouvir o sinal produzido.

Podemos adicionar obstáculos (paredes e espelhos) para estudar a reflexão.

Para estudar fenómenos de interferência e difracção, podemos adicionar uma ou duas fendas.

Podemos encontrar pontos de interferência destrutiva e construtiva a olho, ou usando detectores.

Muito mais há para explorar neste applet. Se encontrarem uma opção que achem importante divulgar, podem escrever um comentário.

Clique aqui para iniciar a simulação. Caso não tenha JAVA instalado, pode obtê-lo na barra lateral deste blogue.

Pode encontrar mais material sobre som, óptica e ondas, procurando nos temas na barra lateral do blogue.

O que é uma onda?

Uma onda é uma perturbação ou variação que transfere energia progressivamente de ponto para ponto num meio e que pode tomar a forma de uma deformação elástica ou uma variação de pressão, intensidade eléctrica ou magnética, potencial eléctrico, ou temperatura.

Se estivermos a falar de ondas mecânicas (precisam de um meio onde se propagar), o meio sofre perturbações locais à medida que a onda passa, mas as partículas do meio não viajam com a onda.

Seguem-se alguns exemplos para ilustrar a definição.

• Uma multidão a realizar “a onda” num estádio.

A onda é a perturbação (pessoas a subir e a descer) e viaja ao longo do estádio sem que algum dos espectadores tivesse viajado com a onda. Todos se mantêm no seu lugar.

A situação descrita é um exemplo de uma onda transversal, pois o movimento das partículas do meio faz-se perpendicularmente à direcção de propagação da onda. Outro exemplo pode ser a onda que viaja ao longo de uma corda quando é agitada numa das extremidades (a onda viaja mas a corda não sai da nossa mão).

• Ondas sonoras

O som é uma onda longitudinal pois as partículas deslocam-se para a frente e para trás (passando pela posição de equilíbrio), ao longo da direcção que a onda se propaga. Mais uma vez, é a perturbação que viaja e não as partículas do meio. A onda é vista como o movimento da região comprimida (onda de pressão).

 

Na imagem do lado podemos ver uma onda sonora a propagar-se em todas as direcções através de um meio. Esta onda é idêntica à produzida por um diapasão.

Torna-se hipnótico!

 

 

 

 

• Ondas na água

Estas são um exemplo que combina as ondas transversais e longitudinais. À medida que a onda progride na água, as partículas realizam movimentos circulares no sentido dos ponteiros do relógio (mostrado pelas partículas a azul). O raio deste movimento diminui com a profundidade. 

Muito mais informação pode ser encontrada aqui, fruto do extraordinário trabalho de Dan Russell.

Fontes do material utilizado: (1), (2), (3)

Som: funcionamento do ouvido

Este vídeo (encontrado aqui) mostra a forma como a propagação da onda de pressão, a que chamamos som, é captada pelos nossos ouvidos e transmitida ao longo do ouvido médio e interno até serem codificadas em impulsos eléctricos que viajam pelo nervo auditivo até ao cérebro. Aí ocorre a descodificação pelo extraordinário “hardware” e “software” que constitui o nosso cérebro. Já aqui publiquei um vídeo sobre este tema.

Aqui fica mais alguma informação sobre a anatomia do ouvido e o seu funcionamento.

“À medida que o som se propaga através do ouvido externo, o som ainda está na forma de uma onda de pressão, que é um sequência alternada de regiões de pressões mais baixas e mais altas. Somente quando o som alcança o tímpano, na separação do ouvido externo e médio, a energia da onda é convertida em vibrações na estrutura óssea do ouvido.” Fonte

Legenda da imagem (encontrada aqui): 1) Canal auditivo 2) Tímpano 3) Martelo 4) Bigorna 5) Estribo 6) Janela oval 7) Trompa de Eustáquio 8) Cóclea 9) Nervo auditivo.

“O ouvido médio contém três pequenos ossos conhecidos como ossículos: martelo, bigorna e estribo. (…) Os ossículos convertem mecanicamente as vibrações do tímpano em ondas de pressão que são amplificadas no fluido da cóclea (ou ouvido interno). O tímpano é fundido com o martelo, que conecta com a bigorna, que por fim conecta com o estribo. Vibrações do estribo introduzem ondas de pressão no ouvido interno. Os ossículos auditivos também podem reduzir a pressão sonora (o ouvido interno é muito sensível à estimulação exagerada), desconectando-se com certos músculos.” Fonte

“Os 3 pequenos ossos do ouvido médio agem como amplificadores das vibrações da onda sonora. Devido à vantagem mecânica, os deslocamentos da bigorna são maiores do que a do martelo. Além disso, como a onda de pressão que atinge uma grande área do tímpano é concentrada numa área menor na bigorna, a força da bigorna vibrante é aproximadamente 15 vezes maior do que aquela do tímpano. Esta característica aumenta nossa possibilidade de ouvir o mais fraco dos sons.” Fonte

O ouvido interno consiste de uma cóclea, canais semicirculares, e do nervo auditivo. A cóclea e os canais semicirculares estão cheios de um líquido que, juntamente com as células nervosas dos canais semicirculares, não têm função na audição; servem apenas como acelerómetros para detectar movimentos acelerados e na manutenção do equilíbrio do corpo. A cóclea é um órgão em forma de caracol. Além de estar cheio de um fluido, a superfície interna da cóclea está alinhada com cerca de 20.000 células nervosas que realizam as funções mais críticas na nossa capacidade de ouvir. Estas células nervosas possuem comprimentos diferentes, por diferenças minúsculas. Quando a onda de pressão passa por estas células nervosas em forma de cabelos, estas entram em movimento. Cada célula capilar possui uma sensibilidade natural a uma frequência de vibração particular. Quando a frequência da onda de pressão iguala a frequência natural da célula nervosa, a célula irá vibrar com uma grande amplitude, que induz a célula a libertar um impulso eléctrico que passa ao longo do nervo auditivo para o cérebro. Fonte

Agora que ficou a saber como funcionam os nossos ouvidos, cuide bem deles. Brevemente colocarei aqui mais sobre este assunto.

Som: Por que é que certas coisas fazem BANG?

Neste vídeo Robert Krampf explica por que motivo certas coisas fazem BANG. Agradeço ao Carlos Portela a excelente tradução e legendagem.

O que é o som?

Já conhecia este extraordinário anúncio da Honda há uns anitos, mas agora encontrei aquilo que o Carlos Portela fez com ele para explicar o que é o som. Ficou excelente! Obrigado Carlos.

Recomendo várias visualizações. Não só pela qualidade do anúncio, mas para poder assimilar e tomar notas de toda a informação que contém. Podem ver aqui o vídeo sem a legendagem.

Podem encontrar aqui (Lição sobre fenómenos acústicos) outros vídeos em português sobre o mesmo tema.

Onda sonora ardente

Estes dois clips mostram-nos como utilizando um tubo de Ruben é possível utilizar chamas para visualizar ondas sonoras. Modificando a frequência do som é também modificada a distância entre os picos da onda (muda o comprimento de onda, visto que a velocidade de propagação do som permanece constante v=d/t). Fica muito bem na sala com um bom sistema de som ;)

Movimento ondulatório em piscina de Tóquio

Este filme mostra que numa onda o fenómeno ondulatório propaga-se sem existir propagação de matéria, apenas energia. A onda apresentada é, obviamente, uma onda mecânica visto que necessita de um meio para se propagar.