Polarização e Ressonância de ondas

Polarização

Nas ondas transversais, como por exemplo, ondas numa corda, as partículas oscilam numa direção perpendicular à direção de propagação. 

Essa direção de oscilação pode ser qualquer, mas é sempre perpendicular à direção de propagação.

Observe na figura, que a fenda (polarizador) transformou a onda não polarizada (direção inclinada) em polarizada (direção vertical).

Portanto, o efeito do polarizador (no caso, a fenda) é “deixar passar” apenas a componente da onda na direção da fenda.

Depois de passar pelo polarizador dizemos que a onda está polarizada.

A luz emitida pelo Sol é formada por diversos planos de polarização espalhados em todos os ângulos possíveis. São as ondas naturais ou não polarizadas.

Essas ondas naturais ou não polarizadas, após passarem pelo polarizador, passam a oscilar num só plano de vibração e estão polarizadas.

Dois polarizadores podem anular a onda

O primeiro filtro polariza ondas luminosas numa dada direção. O segundo, anula essas ondas.

Ondas longitudinais não podem ser polarizadas

Ondas longitudinais nas quais a direção de propagação coincide com a direção de vibração como as de compressão e rarefação numa mola helicoidal ou as ondas sonoras emiidas por um auto falante não podem ser polarizadas, pois, atravessam a fenda sem nenhuma modificação.

Ressonância

Qualquer sistema físico possui uma ou mais freqüências naturais de vibração.

Quando ele é “excitado” por algum agente externo, agindo no ritmo de uma dessas freqüências, surge o fenômeno da ressonância, ou seja, ele começa a oscilar gradativamente até atingir uma dessas freqüências, onde sua amplitude é máxima.

Exemplos

Quando estamos pulando em cima de um trampolim inflável, podemos fazer o mesmo vibrar cada vez com maior amplitude desde pulemos para cima e para baixo com a freqüência apropriada.

Uma criança, num balanço já em movimento, sabe qual é o momento certo, para que, com o movimento do corpo provoque um impulso, que faz aumentar a amplitude do movimento, obtendo assim, a ressonância.

Trata-se de ressonância mecânica.

Ao sintonizar uma emissora de rádio ou TV estamos fazendo com que nosso aparelho receptor entre em ressonância com a mesma freqüência que a das ondas eletromagnéticas da estação que as emitiu.

Trata-se de ressonância eletrônica.

As vibrações da corda de um violão entram em ressonância com o ar contido em sua  caixa de madeira “caixa de ressonância” que vibra com a mesma freqüência das cordas, ampliando o som.

Trata-se de ressonância sonora.

A ponte pênsil, sobre o estreito de Tacoma nos Estados Unidos, devido ao efeito de fortes ventos, começou a balançar e a amplitude  do balanço, devido ao efeito da ressonância, foi aumentando até que ela rompeu-se e desabou.

O que você deve saber, informações e dicas

Polarizar uma onda significa transformar, através do polarizador, uma onda transversal  não polarizada, que vibra em várias direções, numa onda polarizada, que vibra numa única direção.

Somente ondas transversais, como a luz, podem ser polarizadas.

O som, que é uma onda longitudinal, não pode ser polarizada.

A luz, ao se refletir em placas de vidro ou poças de água sofre polarização. 

As duas fotos da figura foram tiradas da mesma cena, de fora da loja.

A foto da figura 1, foi tirada com câmera sem filtro polaróide. Assim, ela permite ver, além dos objetos dentro da vitrine, outros objetos que estão fora dela (como, por exemplo, os automóveis), que são vistos devido à luz proveniente destes refletida pelo vidro comum da vitrine.

Na foto da figura 2, a luz refletida foi eliminada por um filtro polarizador colocado na frente da lente da câmera fotográfica.

Então ocorreu a eliminação dos reflexos e a luz refletida, que é polarizada, foi praticamente eliminada pelo polaróide.

Como a luz refletida por superfícies polidas não metálicas é polarizada, os óculos escuros

polarizados eliminam os reflexos que embaçam a vista e que podem ser causados pela exposição ao excesso de luz

As figuras abaixo ilustram um experimento muito simples que consiste em fazer um pulso transversal que se propaga ao longo de uma corda fina e muito longa, ao passar por uma fenda estreita.

As figuras 1, 2 e 3 procuram mostrar o seguinte:

Figura 1 Se a direção do plano de oscilação do pulso for paralela à fenda, o pulso passa por ela. Figura 2 Se a direção do plano de oscilação do pulso for perpendicular à fenda, o pulso não passa pela fenda e, em vez disso, reflete-se nela.

Figura 3 Se a direção do plano de oscilação do pulso for oblíqua à fenda, o pulso passará parcialmente por ela e será refletido parcialmente (observe bem a figura).

Os pêndulos A e C da figura tem o mesmo comprimento e consequentemente a mesma frequência, pois T = 2, sendo L o comprimento do fio e g a aceleração da gravidade e, como T é constante f também será, pois f = 1/T.

Fazendo A oscilar, apenas C, por ressonância oscilará, pois o comprimento L dos dois fios é o mesmo e a aceleração da gravidade g também é a mesma.

As ondas eletromagnéticas geradas pela fonte de um forno de microondas têm uma freqüência bem característica e, ao serem refletidas pelas paredes internas do forno, criam um ambiente de ondas estacionárias.

 O cozimento (ou esquentamento) ocorre devido ao fato de as moléculas constituintes do alimento, sendo a de água a principal delas, ao absorverem energia dessas ondas e passarem a vibrar (por ressonância) com a mesma freqüência das ondas emitidas pelo tubo gerador do forno.

Muitos auditórios ao ar livre possuem concha acústica cuja função é fazer com que parte da platéia ouça melhor os sons emitidos, por ressonância, o que ocorre devido às formas geométricas da concha.

Para que um corpo vibre em ressonância com outro é preciso que ele tenha uma frequência natural próxima da frequência natural do outro.

Se você colocar sua mão em forma de concha em um de seus ouvidos, é provável que ouça um leve ruído.

É um ruído semelhante ao que se ouve quando se coloca junto ao ouvido qualquer objeto que tenha cavidade, como uma concha do mar ou um canudo.

A fonte sonora que dá origem a esse ruído é o próprio ruído do ambiente, e a frequência do som depende da forma geométrica da cavidade.

Exercícios de vestibulares com resoluções comentadas sobre

Polarização e Ressonância de ondas

01-(UFRGS-RS) A principal diferença entre o comportamento de ondas transversais e de ondas longitudinais consiste no fato de que estas:

a) não produzem efeitos de interferência     

b) não se refletem     

c) não se refratam     

d) não se difratam       

e) não podem ser polarizadas

02-(UNICAP-PE) O som é uma onda longitudinal porque não apresenta:

03-(PUC-RS) Pode-se afirmar que a luz é uma onda transversal porque pode ser:

04-(UFRS-RS) As figuras abaixo ilustram um experimento muito simples que consiste em fazer um pulso transversal que se propaga ao longo de uma mola fina e muito longa, ao passar por uma fenda estreita.

As figuras A, B e C procuram mostrar o seguinte:

A- Se a direção do plano de oscilação do pulso for paralela à fenda, o pulso passa por ela.

B- Se a direção do plano de oscilação do pulso for perpendicular à fenda, o pulso não passa pela fenda e, em vez disso, reflete-se nela.

C- Se a direção do plano de oscilação do pulso for oblíqua à fenda, o pulso passará parcialmente por ela.

Pode-se afirmar que, nesse experimento, está sendo demonstrado o fenômeno ondulatório da:

05-(UFRN-RN) As fotografias 1 e 2, mostradas a seguir, foram tiradas da mesma cena. A fotografia 1 permite ver, além dos objetos dentro da vitrine, outros objetos que estão fora dela (como, por exemplo, os automóveis), que são vistos devido à luz proveniente destes refletida pelo vidro comum da vitrine. Na fotografia 2, a luz refletida foi eliminada por um filtro polarizador colocado na frente da lente da câmera fotográfica.

Comparando-se as duas fotos, pode-se afirmar que

a) a luz proveniente dos objetos dentro da vitrine não está polarizada e a luz refletida pelo vidro não está polarizada.

b) a luz proveniente dos objetos dentro da vitrine está polarizada e a luz refletida pelo vidro não está polarizada.

c) a luz proveniente dos objetos dentro da vitrine não está polarizada e a luz refletida pelo vidro está polarizada.

d) a luz proveniente dos objetos dentro da vitrine está polarizada e a luz refletida pelo vidro está polarizada.

06-(UEG) Alguns instrumentos de corda (tal como a cítara da Índia) possuem cordas duplas. Quando uma dessas cordas é tocada a outra começa a vibrar com a mesma freqüência, embora ela não tenha sido tocada.

Esse fenômeno é possível por causa da

a) ressonância.

b) interferência.

c) intensidade.

d) difração.

07-(UEG) Em 1940, quatro meses depois de ser construída, a ponte de Tacoma Narrows, no estado de Washington, nos EUA, foi destruída por uma ressonância gerada pelo vento. Um vento que soprava moderadamente produziu uma força irregular que variava com a mesma freqüência natural da ponte e fez com que ela entrasse em colapso.

Com relação aos fenômenos ondulatórios, analise a validade das afirmações a seguir.

 I. A superposição de duas ondas transversais idênticas em fase produz uma onda com amplitude aumentada.

II. A superposição de duas ondas longitudinais idênticas fora de fase produz o cancelamento mútuo.

III. Quando a freqüência de vibração forçada de um objeto se iguala à sua freqüência natural ocorre um dramático aumento da amplitude. Esse fenômeno é denominado ressonância.

 Assinale a alternativa CORRETA:

a) Apenas as afirmações I e II são verdadeiras.

b) Apenas as afirmações I e III são verdadeiras.

c) Apenas as afirmações II e III são verdadeiras.

d) Todas as afirmações são verdadeiras.

08-(UFRS) Quando você anda em um velho ônibus urbano, é fácil perceber que, dependendo da freqüência do giro do motor,diferentes componentes do ônibus entram em vibração.

O fenômeno físico que está se produzindo nesse caso é conhecido como:

a) eco     

b) dispersão     

c) refração     

d) ressonância     

e) polarização

09-(UFMG-MG) Para que um corpo vibre em ressonância com um outro é preciso que:

a) seja feito de mesmo material que o outro

b) vibre com a maior amplitude possível

c) tenha uma frequência natural próxima da freqüência natural do outro.

d) vibre com a maior freqüência possível

e) vibre com a menor freqüência possível

10-(UFG) As ondas eletromagnéticas geradas pela fonte de um forno de microondas têm uma freqüência bem característica, e, ao serem refletidas pelas paredes internas do forno, criam um ambiente de ondas estacionárias. O cozimento (ou esquentamento) ocorre devido ao fato de as moléculas constituintes do alimento, sendo a de água a principal delas, absorverem energia dessas ondas e passarem a vibrar com a mesma freqüência das ondas emitidas pelo tubo gerador do forno. O fenômeno físico que explica o funcionamento do forno de microondas é a

a) ressonância.

b) interferência.

c) difração.

d) polarização.

e) absorção.

11-(UEL-PR) Há algum tempo um repórter de televisão noticiou uma marcha em algum lugar do Brasil. Em dado momento, citou que os integrantes pararam de marchar quando estavam passando sobre uma ponte, com medo de que pudesse cair. Na ocasião, o repórter atribuiu tal receio a “crendices populares”. Com base nos conceitos de Física, é correto afirmar que os integrantes da marcha agiram corretamente, pois a ponte poderia cair devido ao fenômeno da(o):

12-(UNIFESP-SP) Se você colocar sua mão em forma de concha em um de seus ouvidos, é provável que ouça um leve ruído. È um ruído semelhante ao que se ouve quando se coloca junto ao ouvido qualquer objeto que tenha cavidade, como uma concha do mar ou um canudo. A fonte sonora que dá origem a esse ruído:

a) é o próprio ruído do ambiente, e a freqüência do som depende do material de que é feita a cavidade.

b) são as partículas do ar chocando-se com as paredes no interior da cavidade, e a freqüência do som depende da abertura dessa cavidade.

c)é o próprio ruído do ambiente, e a freqüência do som depende da área da abertura dessa cavidade.

d) são as partículas do ar chocando-se com as paredes no interior da cavidade, e a freqüência do som depende da forma geométrica da cavidade.

e) é o próprio ruído do ambiente, e a freqüência do som depende da forma geométrica da cavidade.

13-(UEPB-PB)  

Todo corpo capaz de vibrar ou oscilar tem frequência natural de oscilação, quer seja ele uma lâmina de aço, um copo de vidro, um automóvel, quer seja uma ponte. Se uma fonte oscilante tiver a mesma frequência que a frequência natural de um corpo, este pode atingir o colapso. Foi o que aconteceu com a ponte de Tacoma em 1940 nos Estados Unidos, levando-a quebrar-se, conforme ilustrado nas figuras abaixo.

Sobre este fenômeno, é correto afirmar:

a) Não há relação alguma entre as frequências da fonte oscilante e a frequência natural do corpo, que possa ocasionar o colapso.

b) É devido à superposição de ondas que a frequência da fonte oscilante pode atingir a freqüência natural do corpo, e este entrar em colapso.

c) É devido à interferência das ondas que a frequência da fonte oscilante pode atingir a frequência natural do corpo, e este entrar em colapso.

d) Quando a fonte oscilante tem frequência igual à frequência natural do corpo, este entra em ressonância.

e) O colapso acontece devido ao efeito Doppler.

14-(UFT-TO) 

Um campo elétrico de amplitude máxima A se propaga no ar na direção y, na velocidade da luz (c = 3 x 10⁸ m/s). A figura abaixo ilustra a curva da intensidade do campo elétrico, em função de y, que se situa no plano yz. Qual das afirmações está correta:

a) A frequência de oscilação do campo é f = 50 MHz e a sua polarização é vertical na direção z.   

b) A frequência de oscilação do campo é f = 5 GHz e a sua polarização é horizontal na direção x.   

c) A frequência de oscilação do campo é f = 50 MHz e a sua polarização é circular.   

d) A frequência de oscilação do campo é f = 5 GHz e a sua polarização é vertical na direção z.   

e) A frequência de oscilação do campo é f = 10 GHz e a sua polarização é circular.   

15-(UEPG-PR)

 Os fenômenos sonoros estão relacionados com a vibração de corpos materiais, portanto, sempre que se escuta um som, há um corpo material vibrando. Sobre as ondas sonoras, assinale o que for correto.

01) O som audível se localiza numa escala entre infrassom e o ultrassom. 

02) A característica de uma onda sonora que a classifica como calma ou barulhenta é chamada de amplitude. 

04) Uma onda sonora de baixa frequência é um som grave. 

08) O efeito doppler é uma característica observada nas ondas sonoras de modo geral, ele ocorre devido à alteração de frequência da onda, em razão do movimento da fonte ou do observador. 

16) Reverberação é a confusão de sons que chegam aos nossos ouvidos em tempos diferentes, em virtude de que cada frequência de onda apresenta velocidades diferentes. 

Resolução comentada dos exercícios de vestibulares sobre 

Polarização e Ressonância de ondas

01- E

02- B

03- D

05- R: C. A luz, ao sofrer reflexão em placas de vidro ou poças de água, fica polarizada. Os filtros polaróides das máquinas fotográficas não permitem a passagem da luz refletida polarizada eliminando assim, os reflexos. Portanto, foi eliminada a luz refletida pelo vidro, que está polarizada.

06- A

07- D

08- D

09- C

10- A

11- C

12- E

13- R- D  ---  veja teoria

14- Observe na figura que λ/2=3  ---  λ=6m  ---  equação fundamental da ondulatória  ---  V=c= λf  ---  3.10⁸=6f  ---  f=0,5.10⁸Hz  ---  f=50.10⁶Hz  ---  f=50MHz  ---  observe que a polarização ocorre no plano YZ, ou seja, é vertical  ---  R- A

15- Justificativa da falsa que é a 16)  ---  reverberação é a confusão de sons que chegam aos nossos ouvidos em tempos diferentes, (essa afirmação está correta) em virtude de que cada frequência de onda apresenta velocidades diferentes.

(essa justificativa está errada)  ---  a confusão ocorre porque os sons foram emitidos em tempos diferentes, ou porque percorreram trajetórias diferentes, porém com a mesma velocidade, porque se propagam no mesmo meio.

R- (01 + 02 + 04 + 08) = 15