3° BIMESTRE

3° BIMESTRE

3° BIMESTRE - TEXTO 1

Ondas

As ondas são perturbações que se propagam pelo espaço sem transporte de matéria, apenas de energia.
O elemento que provoca uma onda é denominado fonte, por exemplo, uma pedra lançada nas águas de um rio gerarão ondas circulares.

Ondas circulares na superfície de um líquido
São exemplos de ondas: ondas do mar, ondas de rádio, som, luz, raio-x, micro-ondas dentre outras.
A parte da Física que estuda as ondas e suas características é chamada de ondulatória.

Características das Ondas

Para caracterizar as ondas usamos as seguintes grandezas:

• Amplitude: corresponde à altura da onda, marcada pela distância entre o ponto de equilíbrio (repouso) da onda até a crista. Note que a “crista” indica o ponto máximo da onda, enquanto o “vale”, representa a ponto mínimo.
• Comprimento de onda: Representado pela letra grega lambda (λ), é a distância entre dois vales ou duas cristas sucessivas.
• Velocidade: representado pela letra (v), a velocidade de uma onda depende do meio em que ela está se propagando. Assim, quando uma onda muda seu meio de propagação, a sua velocidade pode mudar.
• Frequência: representada pela letra (f), no sistema internacional a frequência é medida em hertz (Hz) e corresponde ao número de oscilações da onda em determinado intervalo de tempo. A frequência de uma onda não depende do meio de propagação, apenas da frequência da fonte que produziu a onda.
• Período: representado pela letra (T), o período corresponde ao tempo de um comprimento de onda. No sistema internacional, a unidade de medida do período é segundos (s).

Tipos de Ondas

Quanto à natureza, há dois tipos de ondas:

• Ondas Mecânicas: para que haja propagação, as ondas mecânicas necessitam de um meio material, por exemplo, as ondas sonoras e as ondas em uma corda.
• Ondas Eletromagnéticas: nesse caso, não é necessário que haja um meio material para que a onda se propague, por exemplo, as ondas de rádio e a luz.

Classificação das Ondas

Segundo a direção de propagação das ondas, elas são classificadas em:

• Ondas Unidimensionais: as ondas que se propagam em uma direção.
  Exemplo: ondas em uma corda.
• Ondas Bidimensionais: as ondas que se propagam em duas direções.
  Exemplo: ondas se propagando na superfície de um lago.
• Ondas Tridimensionais: as ondas que se propagam em todas as direções possíveis.
  Exemplo: ondas sonoras.

As ondas também podem ser classificadas de acordo com a direção de vibração:

• Ondas Longitudinais: a vibração da fonte é paralela ao deslocamento da onda.
  Exemplo: ondas sonoras

• Ondas Transversais: a vibração é perpendicular à propagação da onda.
  Exemplo: onda em uma corda.

Fórmulas

Relação entre período e frequência

O período é o inverso da frequência.
Assim:
 

Velocidade de propagação

 

A velocidade também pode ser calculada em função da frequência, substituindo o período pelo inverso da frequência.
Temos:
 


Exemplo
Qual o período e a velocidade de propagação de uma onda que apresenta frequência de 5Hz e comprimento de onda de 0,2 m?
Como o período é o inverso da frequência, então:



Para calcular a velocidade usamos o comprimento de onda e a frequência, assim:

 

Fenômenos Ondulatórios

Reflexão

Uma onda se propagando em um determinado meio ao se deparar com um obstáculo pode sofre reflexão, isto é inverter o sentido da propagação.
Ao sofrer reflexão, o comprimento de onda, a velocidade de propagação e a frequência da onda não se alteram.
Um exemplo é quando uma pessoa grita em um vale e escuta alguns segundos depois o eco da sua voz.
Através da reflexão da luz conseguimos ver nossa própria imagem em uma superfície polida.

Imagem refletida na superfície tranquila de um lago

Refração

A refração é um fenômeno que acontece quando uma onda muda o meio de propagação. Nesse caso, poderá ocorrer uma mudança no valor da velocidade e na direção de propagação.
As ondas em uma praia se quebram paralelamente a orla, devido ao fenômeno da refração. A mudança de profundidade da água (meio de propagação) faz com que a direção das ondas se modifique, tornando-as paralela a orla da praia.

Difração

As ondas contornam obstáculos. Quando isso ocorre dissemos que a onda sofreu difração.
A difração nos permite ouvir por exemplo uma pessoa que está do outro lado de um muro.

Ao passar por um obstáculo, as ondas sofrem um espalhamento.

Interferência

Quando duas ondas se encontram, ocorre uma interação entre suas amplitudes chamada de interferência.
A interferência pode ser construtiva (aumento da amplitude) ou destrutiva (diminuição da amplitude).

Ondas Estacionárias

As ondas estacionárias ocorrem da superposição de ondas periódicas iguais e de sentidos contrários.
Ao ocorrer interferência construtiva e destrutiva, apresentam pontos que vibram e outros que não vibram.
Podemos produzir ondas estacionárias em uma corda com as extremidades fixas, como por exemplo, nas cordas de um violão.

FONTE: https://www.todamateria.com.br/ondas/

FICHA DE INSCRIÇÃO

FICHA DE INSCRIÇÃO

FICHA DE INSCRIÇÃO

2ª MOSTRA DE FÍSICA

Tema (fenômeno):

Componentes do grupo:        1.    __________________________________________________turma: ___________       2.      __________________________________________________turma: ___________       3.      __________________________________________________turma: ___________       4.      __________________________________________________turma: ___________

Descrição do experimento:

Celular de contato:  OBS: O Grupo deve criar uma comunidade no whatsApp e adicionar o Professor.

MOSTRA DE FÍSICA

RELATORIO DA 1° MOSTRA DE FÍSICA-2017

2° BIMESTRE

2° BIMESTRE

2° BIMESTRE

 

2ª Lei da Termodinâmica

Dentre as duas leis da termodinâmica, a segunda é a que tem maior aplicação na construção de máquinas e utilização na indústria, pois trata diretamente do rendimento das máquinas térmicas.

Dois enunciados, aparentemente diferentes ilustram a 2ª Lei da Termodinâmica, os enunciados de Clausius e Kelvin-Planck:

• Enunciado de Clausius:

O calor não pode fluir, de forma espontânea, de um corpo de temperatura menor, para um outro corpo de temperatura mais alta.

Tendo como consequência que o sentido natural do fluxo de calor é da temperatura mais alta para a mais baixa, e que para que o fluxo seja inverso é necessário que um agente externo realize um trabalho sobre este sistema.

• Enunciado de Kelvin-Planck:

É impossível a construção de uma máquina que, operando em um ciclo termodinâmico, converta toda a quantidade de calor recebido em trabalho.

Este enunciado implica que, não é possível que um dispositivo térmico tenha um rendimento de 100%, ou seja, por menor que seja, sempre há uma quantidade de calor que não se transforma em trabalho efetivo.

Maquinas térmicas

As máquinas térmicas foram os primeiros dispositivos mecânicos a serem utilizados em larga escala na indústria, por volta do século XVIII. Na forma mais primitiva, era usado o aquecimento para transformar água em vapor, capaz de movimentar um pistão, que por sua vez, movimentava um eixo que tornava a energia mecânica utilizável para as indústrias da época.

Chamamos máquina térmica o dispositivo que, utilizando duas fontes térmicas, faz com que a energia térmica se converta em energia mecânica (trabalho).

A fonte térmica fornece uma quantidade de calor (Q1)  que no dispositivo transforma-se em trabalho mais uma quantidade de calor que não é capaz de ser utilizado como trabalho(Q2) .

Assim é válido que:

Utiliza-se o valor absolutos das quantidade de calor pois, em uma máquina que tem como objetivo o resfriamento, por exemplo, estes valores serão negativos.

Neste caso, o fluxo de calor acontece da temperatura menor para o a maior. Mas conforme a 2ª Lei da Termodinâmica, este fluxo não acontece espontaneamente, logo é necessário que haja um trabalho externo, assim:

Rendimento das máquinas térmicas

Podemos chamar de rendimento de uma máquina a relação entre a energia utilizada como forma de trabalho e a energia fornecida:

Considerando:

n =rendimento;

t = trabalho convertido através da energia térmica fornecida;

Q1=quantidade de calor fornecida pela fonte de aquecimento;

Q2 =quantidade de calor não transformada em trabalho.

Mas como constatado:

logo, podemos expressar o rendimento como:

O valor mínimo para o rendimento é 0 se a máquina não realizar nenhum trabalho, e o máximo 1, se fosse possível que a máquina transformasse todo o calor recebido em trabalho, mas como visto, isto não é possível. Para sabermos este rendimento em percentual, multiplica-se o resultado obtido por 100%.

Exemplo:

Um motor à vapor realiza um trabalho de 12kJ quando lhe é fornecido uma quantidade de calor igual a 23kJ. Qual a capacidade percentual que o motor tem de transformar energia térmica em trabalho?

Até meados do século XIX, acreditava-se ser possível a construção de uma máquina térmica ideal, que seria capaz de transformar toda a energia fornecida em trabalho, obtendo um rendimento total (100%).

Para demonstrar que não seria possível, o engenheiro francês Nicolas Carnot (1796-1832) propôs uma máquina térmica teórica que se comportava como uma máquina de rendimento total, estabelecendo um ciclo de rendimento máximo, que mais tarde passou a ser chamado Ciclo de Carnot.

Este ciclo seria composto de quatro processos, independente da substância:

• Uma expansão isotérmica reversível. O sistema recebe uma quantidade de calor da fonte de aquecimento (L-M)
• Uma expansão adiabática reversível. O sistema não troca calor com as fontes térmicas (M-N)
• Uma compressão isotérmica reversível. O sistema cede calor para a fonte de resfriamento (N-O)
• Uma compressão adiabática reversível. O sistema não troca calor com as fontes térmicas (O-L)

Numa máquina de Carnot, a quantidade de calor que é fornecida pela fonte de aquecimento e a quantidade cedida à fonte de resfriamento são proporcionais às suas temperaturas absolutas, assim:

Assim, o rendimento de uma máquina de Carnot é:

  E   

Logo:

Sendo:

T2 = temperatura absoluta da fonte de resfriamento

T1= temperatura absoluta da fonte de aquecimento

Com isto se conclui que para que haja 100% de rendimento, todo o calor vindo da fonte de aquecimento deverá ser transformado em trabalho, pois a temperatura absoluta da fonte de resfriamento deverá ser 0K.

Partindo daí conclui-se que o zero absoluto não é possível para um sistema físico.

Exemplo:

Qual o rendimento máximo teórico de uma máquina à vapor, cujo fluido entra a 560ºC e abandona o ciclo a 200ºC? 

                         FONTE: https://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia