Trabalho (GRUPO) de Física, Martinho Paiva

Grupo : Caio Enrique, Charles Souza, Esdras Santos, Humberto Alencar, José Alves, Zeus Lima e Pietra Simplício.
Série : 2° ano - I





                                                   Ondas


No estudo da física, onda é uma perturbação que se propaga no espaço ou em qualquer outro meio, como, por exemplo, na água. Uma onda transfere energia de um ponto para outro, mas nunca transfere matéria entre dois pontos. As ondas podem se classificar de acordo com a direção de propagação de energia, quanto à natureza das ondas e quanto à direção de propagação.
Quanto à direção de propagação de energia, as ondas se classificam da seguinte forma:
* Unidimensionais: propagam-se em uma única dimensão;
* Bidimensionais: propagam-se num plano;
* Tridimensionais: propagam-se em todas as direções.
Quanto à natureza, as ondas se classificam em:
* Ondas mecânicas: são aquelas que necessitam de um meio material para se propagar como, por exemplo, onda em uma corda ou mesmo as ondas sonoras;
* Ondas eletromagnéticas: são aquelas que não necessitam de meio material para se propagar, elas podem se propagar tanto no vácuo (ausência de matéria) como também em certos tipos de materiais. São exemplos de ondas eletromagnéticas: a luz solar, as ondas de rádio, as micro-ondas, raios X, entre muitas outras.
Quanto à direção de propagação, as ondas se classificam em:
* Ondas transversais: são aquelas que têm a direção de propagação perpendicular à direção de vibração como, por exemplo, as ondas eletromagnéticas.
* Ondas longitudinais: nessas ondas a direção de propagação se coincide com a direção de vibração. Nos líquidos e gases a onda se propaga dessa forma.
Para descrever uma onda é necessária uma série de grandezas, entre elas temos: velocidade, amplitude, frequência, período e o comprimento de onda.
Acústica
Fontes sonoras Os instrumentos musicais e nosso aparelho fonador são exemplos de fontes sonoras. Estas produzem vibrações que são transmitidas as moléculas do meio, resultando assim em uma onda de pressão que se propaga.
Quando essa onda atinge o ouvido, o tímpano vibra e envia impulsos ao cérebro, produzindo a sensação sonora. O diapasão, que é um instrumento utilizado para afinar instrumentos musicais, é um bom instrumento sonoro. Posto a vibrar por um golpe de martelo de borracha, suas hastes emitem determinada nota musical:
O meio mais comum de propagação do som é o ar, mas ele também se propaga em outros meios como o gás e sólidos e líquidos. Velocidade de propagação do som Com uma experiência simples pode-se medir a velocidade do som no ar. Posicione-se a uma distância de 100 m de um edifício e bata palmas. Ao encontrar o edifício a onda volta até você em forma de eco. A cada eco que ouvir, bata palma de novo, pedindo a uma pessoa que conte o tempo que você leva para bater palmas dez vezes: ela deverá obter 6 s, pois o som demora 0,6 s para percorrer 200 m (ida e volta). A velocidade do som pode ser obtida da seguinte forma:
Como o som se propaga através de moléculas, sua velocidade depende do meio de propagação, havendo influência da temperatura que este apresenta. A propagação é mais rápida quanto maior for a temperatura do meio. A mudança de temperatura provoca alteração na velocidade e desvio na direção de propagação das ondas sonoras. É importante lembrar que o som não se propaga no vácuo, porque aí não há moléculas. Qualidade do som Uma música pode ser cantada em “duas vozes”, dependendo da altura das notas musicais emitidas pelos cantores. Um som pode ser fraco ou forte, de acordo com sua intensidade, ou seu volume. Altura Esta qualidade depende da frequência f do som e indica se ele é grave ou agudo – quanto maior a frequência, mais agudo é o som, quanto menor a frequência mais grave é o som. Intensidade ou volume Qualidade que depende da amplitude do som e permite distingui-lo como forte ou fraco.

Ondas de choque
é uma onda caracterizada por ser um distúrbio em propagação onde propriedades como velocidade, pressão, temperatura ou densidade variam de maneira abrupta e quase descontínua. Esta onda pode ocorrer tanto em meios físicos, propagando-se de maneira mecânica, quanto em campos como o campo elétrico e o campo magnético.
Uma onda de choque se forma nos gases sempre que a velocidade do gás é maior que a velocidade do som nele. Quando um avião atinge exatamente a velocidade do som, as ondas sonoras que ele está emitindo passam a se condensar a sua frente por estarem se propagando na mesma velocidade.
Isto provoca um aumento da pressão nesta região gerando uma onda de choque que também recebe o nome de estrondo sônico notado em aviões que quebram a barreira do som. Para estes aviões, formas especiais de fuselagem se tornam necessárias para superar os efeitos de encontrar esta onda de choque. Efeito semelhante pode ser observado em trens de alta velocidade quando entram em túneis.
A velocidade Mach ou Mach (Ma) é uma unidade de medida de velocidade. É definida como a relação entre a velocidade do objeto e a velocidade do som.
A nomeação desta velocidade se deu em homenagem ao físico e filósofo austríaco Ernst Mach que publicou em 1877 a sua teoria de um corpo capaz de ultrapassar a velocidade do som. Um Mach (Ma), possui a velocidade de 1234,8 km/h, sendo considerada a velocidade mínima para que qualquer corpo consiga ultrapassar a barreira do som. Para que os físicos pudessem fazer cálculos mais precisos foram criados 5 categorias de velocidade para determinar em que velocidade está o corpo:
§ Subsônica: Ma < 1
§ Transônica: 0.8 < Ma <1.2
§ Sônica: Ma = 1 § Supersônica: Entre 1.2 Ma e 5 Ma
§ Hipersônica: Ma > 5

A velocidade transônica está entre a velocidade sub e supersônica. O período transônica inicia quando as primeiras partes do avião alcançam Ma>1 e começa a aparecer uma barreira de ar em volta das asas do avião. Quando finalmente o avião ultrapassa a velocidade sônica, segue-se um forte estrondo sonoro quando o avião excede Mach 1; a maior diferença de pressão passa para a frente da aeronave. Esta abrupta diferença de pressão é a chamada onda de choque, que estende-se da traseira à dianteira com uma forma de cone (chamado cone de Mach). Esta onda de choque causa o “boom sônico” que se ouve logo após a passagem do avião. O piloto da aeronave não consegue ouvir este ruído. Quanto maior a velocidade, mais limitado é o cone. Após ultrapassar Mach 1 dificilmente irá se formar um cone completo, mas um plano levemente côncavo.
Com o aumento da velocidade Mach há uma redução da força da “onda de choque” e o cone de Mach começa a ficar mais estreito. Com a vazão dos fluidos atravessando a “onda de choque”, a velocidade é reduzida e a temperatura, pressão e densidade são aumentadas.
A velocidade hipersônica acontece quando devido a alta velocidade a temperatura aumenta de tal modo que acabam tendo a ionização e dissociação de moléculas de gás antes da “onda de choque” começar.
Está claro que qualquer objeto que viaje a velocidades hipersônicas (Mach 13 ou cerca de 16.000 km/h) acaba da mesma forma sendo exposto a temperaturas extremas como ocorre no nariz da aeronave, portanto a necessidade de ter materiais resistentes ao calor se tornam importantes.
Certos aviões quando passam a velocidade de Mach 1 têm as suas asas “recolhidas”, pois a relação da área da asa e a velocidade é inversa: diminuindo a área da asa haverá um aumento de velocidade. É óbvio que quando se acelera para a velocidade supersônica, é necessário que tenha uma extremidade convergente-divergente, onde a convergência é usada para acelerações até Mach 1 e a parte divergente continua a aceleração.
Estas extremidades são chamadas de “extremidades de Laval” e nos ônibus espaciais elas acabam chegando a velocidades hipersônicas. Dentro das aeronaves existem o “Machmetro”, que é um sistema de informação de vôo (SIV) que mede a velocidade Mach derivada da pressão interna dividida pela pressão externa da aeronave.
A velocidade da luz equivale à aproximadamente 881742 Mach, pois um Mach equivale a 343 m/s e a velocidade da luz no vácuo é 299792458 m/s.