Grade 11
  1. Mecânica  1.1. dinâmicas  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas e três dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração e desaceleração  1.1.6. Análise gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento (derivações avançadas)  1.1.8. Queda livre e velocidade terminal  1.1.9. Movimento de projéteis  1.1.10. Velocidade relativa em uma e duas dimensões  1.1.11. Movimento de um carro em um plano inclinado  1.2. Dinâmica  1.2.1. As leis do movimento de Newton e suas aplicações  1.2.2. Inércia e a primeira lei de Newton  1.2.3. Força e tipos de força  1.2.4. Atrito estático e cinético  1.2.5. Movimento circular e aceleração centrípeta  1.2.6. Movimento circular não uniforme  1.2.7. Bancagem de estradas e curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservação do momento em uma e duas dimensões  1.2.10. Aplicações da Terceira Lei de Newton  1.3. Work, Energy and Power  1.3.1. Trabalho realizado por uma força constante e variável  1.3.2. Teorema trabalho-energia  1.3.3. Energia cinética e potencial  1.3.4. Energia potencial gravitacional e elástica  1.3.5. Conservação da energia mecânica  1.3.6. Poder e potência instantânea  1.3.7. Eficiência das máquinas  1.3.8. Trabalho realizado por forças conservativas e não conservativas  1.4. Movimento rotacional  1.4.1. Torque e aceleração angular  1.4.2. Equilíbrio rotacional  1.4.3. Momento de inércia e suas aplicações  1.4.4. Momento angular e sua conservação  1.4.5. Energia cinética de movimento de rotação e rotação  1.4.6. Teorema dos Eixos Paralelos e Perpendiculares  1.4.7. Dinâmica do movimento rotacional
  2. Gravitational force  2.1. Gravitação universal  2.1.1. Lei da gravitação universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional e potencial  2.1.3. Mudança na aceleração devido à gravidade  2.1.4. Leis do movimento planetário de Kepler  2.1.5. Mecânica orbital e satélites  2.1.6. Velocidade de escape e velocidade orbital  2.1.7. Ausência de peso e queda livre  2.1.8. Energia potencial gravitacional e energia em órbitas  2.1.9. Buracos negros e lente gravitacional
  3. Propriedades da matéria  3.1. Mecânica dos fluidos  3.1.1. Densidade e pressão em líquidos  3.1.2. A teoria de Pascal e aplicações  3.1.3. O Princípio de Arquimedes e a flutuação  3.1.4. A equação de Bernoulli e aplicações  3.1.5. Equação de continuidade e o efeito Venturi  3.1.6. Tensão superficial e capilaridade  3.1.7. Viscosidade e Lei de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds e turbulência  3.2. Elasticidade e deformação  3.2.1. Lei de Hooke e a relação tensão-deformação  3.2.2. Módulo de elasticidade e aplicações  3.2.3. Deformação e limite de escoamento de sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor e temperatura  4.1.1. Propriedades termométricas e escala de temperatura  4.1.2. Expansão térmica de sólidos, líquidos e gases  4.1.3. Sistema de transferência de calor  4.1.4. Capacidade calorífica específica e calorimetria  4.1.5. Calor latente e mudança de fase  4.2. Kinetic theory of gases  4.2.1. Modelo molecular dos gases  4.2.2. Explicação cinética da temperatura  4.2.3. Equação do Gás Ideal e Desvios  4.2.4. Caminho livre médio e distribuição de Maxwell-Boltzmann  4.3. Leis da Termodinâmica  4.3.1. Lei Zero e Equilíbrio Térmico  4.3.2. Primeira Lei e Energia Interna  4.3.3. A Segunda Lei e Entropia  4.3.4. Ciclo de Carnot e motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores e Bombas de Calor
  5. Ondas e oscilações  5.1. Movimento Harmônico Simples  5.1.1. Equações do MHS  5.1.2. Energia no MHS  5.1.3. Oscilações amortecidas e forçadas  5.1.4. Ressonância e aplicações  5.1.5. Pêndulo e sistema massa-mola  5.2. Movimento ondulatório  5.2.1. Tipos de ondas mecânicas  5.2.2. Movimento das ondas e transporte de energia  5.2.3. Princípio da Superposição e Ondas Estacionárias  5.2.4. Reflexão, Refração e Difração  5.2.5. Efeito Doppler em som e luz  5.2.6. Pulsos e interferência
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Eletrostática  6.1.1. Carga elétrica e conservação  6.1.2. A lei de Coulomb e suas aplicações  6.1.3. Campo elétrico e fluxo elétrico  6.1.4. Potencial elétrico e energia potencial  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Eletricidade Atual  6.2.1. Lei de Ohm e resistência elétrica  6.2.2. Resistência e dependência de temperatura  6.2.3. Leis de Kirchhoff e Análise de Circuitos  6.2.4. Potência elétrica e eficiência  6.2.5. Combinação de resistores  6.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos e suas fontes  6.3.2. Força magnética em cargas em movimento  6.3.3. Indução eletromagnética  6.3.4. Leis de Faraday e Lenz  6.3.5. Indutância e Transformador  6.3.6. Corrente alternada e suas aplicações
  7. Óptica  7.1. Reflexão e Refração  7.1.1. leis da reflexão e refração  7.1.2. Espelhos e lentes  7.1.3. Reflexão interna total e fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferência e Difração  7.2.2. Experimento da dupla fenda de Young  7.2.3. Polarização da luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efeito fotoelétrico e a teoria de Einstein  8.1.2. Dualidade onda-partícula  8.1.3. Princípio da Incerteza de Heisenberg  8.1.4. Compton Effect  8.2. Física Atômica e Nuclear  8.2.1. Modelo atômico e níveis de energia  8.2.2. Decaimento radioativo e meia-vida  8.2.3. Fissão Nuclear e Fusão
  9. Eletrônica e Comunicação  9.1. Semicondutores  9.1.1. junção pn e diodo  9.1.2. Transistores e Portas Lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados e Aplicações  9.2. Sistemas de Comunicação  9.2.1. Noções básicas de Comunicação Analógica e Digital  9.2.2. Comunicação Sem Fio e Óptica  9.2.3. Modulação e Demodulação

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Efeito Doppler em som e luz


O efeito Doppler, nomeado em homenagem ao físico austríaco Christian Doppler, é um fenômeno fascinante no mundo das ondas. Ele descreve as mudanças na frequência ou comprimento de onda de uma onda em relação a um observador que se move em relação à fonte da onda. Este efeito é mais comumente associado a ondas sonoras, mas também se aplica a ondas de luz, bem como a outros tipos de ondas. Compreender o efeito Doppler é importante para explicar uma variedade de fenômenos do mundo real, desde o tom de uma sirene que passa até o desvio para o vermelho observado em galáxias distantes.

Compreendendo o movimento das ondas

Ondas são perturbações que transferem energia de um ponto para outro sem movimento real das partículas do meio. As ondas podem ser classificadas em dois tipos principais: ondas mecânicas, que precisam de um meio para se propagar (como ondas sonoras), e ondas eletromagnéticas, que podem viajar através do vácuo (como ondas de luz).

Os seguintes termos são essenciais no movimento das ondas:

  • Frequência ((f)): O número de ciclos de onda que passam por um ponto por unidade de tempo, medido em hertz (Hz).
  • Comprimento de onda ((lambda)): A distância entre duas cristas ou vales sucessivos de uma onda.
  • Velocidade ((v)): A velocidade com que a onda se propaga pelo meio.

Efeito Doppler em som

Quando pensamos no efeito Doppler, geralmente começamos com ondas sonoras. Imagine que você está parado ao lado da estrada e um carro com uma sirene se aproxima, passa por você e depois se afasta. Quando o carro se aproxima de você, a sirene parece mais alta do que quando o carro se afasta. Essa mudança no som é causada pelo efeito Doppler.

A fórmula para calcular a frequência observada ((f')) devido ao efeito Doppler para som é dada por:

f' = left(frac{v + v_o}{v + v_s}right) cdot f

Onde:

  • f é a frequência real da fonte da onda.
  • v é a velocidade do som no meio.
  • v_o é a velocidade do observador em relação ao meio.
  • v_s é a velocidade da fonte em relação ao meio.

Se o observador está se movendo em direção à fonte, (v_o) é positivo; se afastando, é negativo. Da mesma forma, se a fonte está se movendo em direção ao observador, (v_s) é positivo; se afastando, é negativo.

Exemplo de texto

Vamos pegar um exemplo para ilustrar o efeito Doppler no som. Suponha que um carro da polícia com uma sirene emitindo som a uma frequência de 700 Hz está se movendo em direção a um observador estacionário a uma velocidade de 20 m/s. Se a velocidade do som no ar é de 340 m/s, qual frequência o observador ouve? 

f' = left(frac{340}{340 - 20}right) cdot 700

Simplificação,

f' = left(frac{340}{320}right) cdot 700 = left(frac{17}{16}right) cdot 700 = 743.75, text{Hz}

O observador ouve um som com cerca de 744 Hz, maior que os 700 Hz originais, porque as ondas sonoras são comprimidas à medida que a fonte sonora se move em direção ao observador.

Exemplo visual

Considere este cenário visualmente:

carro com sirene supervisor

Na ilustração visual, o carro está emitindo ondas sonoras representadas pelas linhas azuis. À medida que o carro se move em direção ao observador, essas ondas são comprimidas, resultando em uma frequência mais alta para o observador.

Efeito Doppler em luz

O efeito Doppler também se aplica à luz, embora seja um pouco diferente devido à natureza das ondas eletromagnéticas. No campo da luz, o efeito Doppler se manifesta como um deslocamento no comprimento de onda e na frequência da luz. Quando um objeto emitindo luz se move em direção a um observador, a luz parece se deslocar para o extremo azul do espectro, conhecido como desvio para o azul. Por outro lado, quando o objeto está se afastando, a luz parece se deslocar para o extremo vermelho, conhecido como desvio para o vermelho.

A fórmula para a frequência observada ((f')) para ondas de luz é:

f' = left(frac{c + v_o}{c + v_s}right) cdot f

Onde:

  • f é a frequência real da fonte de luz.
  • c é a velocidade da luz no vácuo, aproximadamente (3 times 10^8) m/segundo.
  • v_o é a velocidade do observador.
  • v_s é a velocidade da fonte.

Exemplo de texto

Imagine que uma estrela emite luz a uma frequência de (6 times 10^{14}) Hz, e está se afastando da Terra a uma velocidade de (1 times 10^6) m/s. Qual é a frequência observada da luz na Terra? 

f' = left(frac{3 times 10^8}{3 times 10^8 + 1 times 10^6}right) cdot (6 times 10^{14})

Simplificação,

f' = left(frac{3 times 10^8}{3.01 times 10^8}right) cdot (6 times 10^{14})

Basta calcular a ligeira diminuição na frequência à medida que a estrela se afasta.

Exemplo visual

Representação visual de uma estrela se afastando:

estrela Terra

Na visualização, a linha tracejada vermelha mostra ondas de luz que se estendem à medida que a estrela se afasta da Terra, causando o desvio para o vermelho.

Aplicações do efeito Doppler

O efeito Doppler tem aplicações em muitas áreas:

  • Astronomia: O desvio para o vermelho e o desvio para o azul ajudam os astrônomos a determinar a velocidade de estrelas e galáxias, o que é útil na teoria do universo em expansão.
  • Radar meteorológico: O radar Doppler usa variações na frequência das ondas de radar retornadas para medir a velocidade do vento em sistemas meteorológicos.
  • Imagem médica: O ultrassom Doppler ajuda a monitorar o fluxo sanguíneo em diagnósticos médicos.
  • Detecção de velocidade: A polícia usa o efeito Doppler em radares para medir a velocidade de veículos em movimento.

Conclusão

O Efeito Doppler é um conceito importante na compreensão do comportamento das ondas quando a fonte ou o observador está em movimento. Seja ouvindo uma mudança no som de uma sirene ou vendo uma mudança de cor na luz de galáxias distantes, o Efeito Doppler fornece uma visão valiosa. Por meio da exploração tanto do som quanto da luz, somos capazes de entender a versatilidade e a importância deste fenômeno nas aplicações científicas e práticas em todo o mundo.


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