Grade 12
  1. Mecânica avançada  1.1. Dinâmica  1.1.1. Movimento em duas e três dimensões  1.1.2. Equações Avançadas de Movimento e Alcance de Projéteis  1.1.3. Movimento relativo em diferentes referenciais  1.1.4. Motion of charged particles in electric and magnetic fields  1.1.5. Movimento acelerado não-uniforme em múltiplas dimensões  1.2. Dinâmica  1.2.1. As leis de Newton e aplicações em referenciais não-inerciais  1.2.2. Dinâmica de sistemas de partículas  1.2.3. Forças não conservativas e dissipação de energia  1.2.4. Momento em sistemas de massa variável (momento do foguete)  1.2.5. Mecânica Lagrangiana e Hamiltoniana (Introdução)  1.3. Trabalho, Energia e Potência  1.3.1. Trabalho realizado por forças não conservativas  1.3.2. Potência em movimento rotacional e translacional  1.3.3. Leis de Conservação Avançadas e Aplicações  1.3.4. Superfície de energia potencial e estabilidade  1.4. Velocidade de rotação avançada  1.4.1. Torque em três dimensões  1.4.2. Momento de inércia para corpos irregulares  1.4.3. Movimento giroscópico e precessão  1.4.4. Teorema do trabalho-energia rotacional  1.4.5. Equações de Euler para o movimento rotacional  1.5. Força gravitacional  1.5.1. Mecânica Orbital Avançada  1.5.2. Pontos de Lagrange e estabilidade das órbitas  1.5.3. Dilatação do tempo gravitacional  1.5.4. Velocidade de escape e considerações energéticas  1.5.5. Força de maré e o limite de Roche
  2. Mecânica dos fluidos e termodinâmica  2.1. Dinâmica dos fluidos  2.1.1. Aplicações do Princípio de Bernoulli  2.1.2. Equações de Navier-Stokes e resistência de fluidos  2.1.3. Fluxo Turbulento vs. Laminar  2.1.4. Tensão superficial e ação capilar  2.2. Física Térmica Avançada  2.2.1. Equilíbrio termodinâmico e motores térmicos  2.2.2. Entropia e a Segunda Lei da Termodinâmica  2.2.3. O demônio de Maxwell e a termodinâmica estatística  2.2.4. Potencial Termodinâmico e Energia Livre
  3. Oscilações e ondas  3.1. Movimento Harmônico Simples Avançado  3.1.1. Oscilações acopladas e modos comuns  3.1.2. Oscilações amortecidas e forçadas  3.1.3. Espaço de fase e ressonância  3.1.4. Oscilações anarmônicas  3.2. Movimento ondulatório  3.2.1. Equações de ondas avançadas e dispersão  3.2.2. Ondas de Choque e Estrondos Sônicos  3.2.3. Efeito Doppler em ondas eletromagnéticas  3.2.4. Dualidade onda-partícula
  4. Eletromagnetismo  4.1. Eletrostática  4.1.1. Lei de Gauss na distribuição de carga unilateral  4.1.2. Potencial elétrico para configuração de carga complexa  4.1.3. Energia eletrostática e autoenergia de um sistema  4.1.4. Dieletricos e Polarização  4.2. Eletricidade Corrente  4.2.1. Análise Avançada de Circuitos (Teoremas de Thevenin e Norton)  4.2.2. Circuitos RC, RL e RLC em CA e CC  4.2.3. Supercondutividade e aplicações  4.3. Magnetismo Avançado e Indução Eletromagnética  4.3.1. Campos magnéticos em condutores e plasma  4.3.2. Lei de Lenz em campos magnéticos dependentes do tempo  4.3.3. Correntes de Foucault e Aplicações  4.3.4. Momento de dipolo magnético e torque em laços de corrente elétrica  4.4. Corrente Alternada e Ondas Eletromagnéticas  4.4.1. Circuitos LC e Ressonância  4.4.2. Equações de Maxwell e transmissão de ondas eletromagnéticas  4.4.3. Aplicações das Ondas Eletromagnéticas  4.4.4. Polarização e reflexão de ondas eletromagnéticas
  5. Óptica  5.1. Óptica Geométrica  5.1.1. Aberrações em sistemas ópticos  5.1.2. Fórmulas avançadas de lentes e espelhos  5.1.3. Instrumentos Ópticos e Óptica Adaptativa  5.2. Óptica de Ondas  5.2.1. Difração em fendas únicas e múltiplas  5.2.2. Coerência Óptica e Interferometria  5.2.3. Holografia e aplicações
  6. Física moderna e quântica  6.1. Relatividade especial  6.1.1. Expansão do tempo e contração do comprimento  6.1.2. Energia e massa relativísticas  6.1.3. Efeito Doppler relativístico  6.2. Mecânica quântica  6.2.1. Equação de Schrödinger e função de onda  6.2.2. Túnel quântico e aplicações  6.2.3. Princípio da incerteza de Heisenberg  6.2.4. Superposição e emaranhamento quântico  6.3. Física nuclear  6.3.1. Energia de ligação e defeito de massa  6.3.2. Física de neutrinos e decaimento beta  6.3.3. Fissão e Fusão Nuclear  6.4. Particle physics  6.4.1. Modelo Padrão e interações fundamentais  6.4.2. O bóson de Higgs e a quebra de simetria  6.4.3. Antimatéria e violação de CP
  7. Astrofísica e cosmologia  7.1. Relatividade geral e gravidade  7.1.1. Equações de campo de Einstein  7.1.2. Ondas gravitacionais e sua detecção  7.1.3. Buracos negros e horizontes de eventos  7.2. Cosmologia  7.2.1. Matéria escura e energia escura  7.2.2. Radiação cósmica de fundo em micro-ondas  7.2.3. A expansão do universo e a lei de Hubble

Grade 12 ↓


Oscilações e ondas


No curso de Física da Classe 12, entender as oscilações e ondas é importante para explicar uma ampla gama de fenômenos físicos que ocorrem na natureza e na tecnologia. Esta lição explorará esses conceitos em detalhe, usando linguagem simples e diversos exemplos.

O que são oscilações?

Oscilações são mudanças repetitivas em alguma medida, geralmente o tempo. Quando um objeto repete o mesmo movimento em intervalos de tempo regulares, diz-se que está oscilando. O exemplo perfeito de um sistema oscilante é um simples pêndulo em um relógio.

Imagine um pêndulo balançando para frente e para trás. Cada ciclo completo de seu movimento—do ponto mais alto de um lado para o ponto mais alto do outro lado e de volta—é uma oscilação.

"Oscilações de pêndulo"
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|O----------------|
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Aqui estão alguns termos-chave relacionados às oscilações:

  • Amplitude: A extensão máxima da vibração ou oscilação, medida a partir da posição de equilíbrio. No nosso exemplo de pêndulo, isso seria a altura do ponto mais baixo ao ponto mais alto.
  • Período: O tempo que leva para um ciclo completo de oscilação. No caso de um pêndulo, este é o tempo que leva para balançar de um lado para o outro e voltar novamente.
  • Frequência: O número de oscilações por unidade de tempo. Se o pêndulo balança para frente e para trás uma vez a cada segundo, sua frequência seria de 1 Hertz (Hz).
  • Fase: Uma medida da posição do oscilador no ciclo.

Entendendo as ondas

Ondas são distúrbios que transferem energia de um lugar para outro sem mover matéria. Elas podem ser encontradas em todos os lugares, seja na luz que vemos ou no som que ouvimos. Vamos aprender sobre a estrutura de uma onda em detalhe.

Dimensões Comprimento de onda

As ondas podem ser classificadas em dois tipos principais: ondas transversais e ondas longitudinais.

  • Ondas transversais: As oscilações são perpendiculares à direção da onda. Um exemplo clássico é uma onda em uma corda.
  • Ondas longitudinais: As oscilações ocorrem na direção da onda. Ondas sonoras são ondas longitudinais.

Matemática das ondas e oscilações

Podemos descrever oscilações e ondas usando equações matemáticas. Estas nos ajudam a prever o comportamento e propriedades. Por exemplo, o movimento harmônico simples (MHS) é representado pela função:

x(t) = A cos(ωt + φ)

Onde:

  • x(t) é o deslocamento no tempo t.
  • A é a amplitude.
  • ω (ômega) é a frequência angular, relacionada à frequência por ω = 2πf.
  • φ (phi) é a constante de fase.

Para uma onda, a equação da onda é estruturada assim:

y(x, t) = A sin(kx - ωt + φ)

Onde:

  • y é o deslocamento.
  • k é o número de onda, definido como 2π/λ (lambda, comprimento de onda).
  • Os outros símbolos são como descritos anteriormente.

Energia em oscilações e ondas

Sistemas oscilantes armazenam energia. Considere novamente o pêndulo. No seu ponto mais alto, ele tem energia potencial máxima e nenhuma energia cinética. Conforme balança para baixo, a energia potencial é convertida em energia cinética.

A energia nas ondas é transferida através do espaço. Ondas de água demonstram claramente a transferência de energia à medida que se movem pela superfície de um lago.

A energia associada a uma onda está relacionada à sua amplitude. Especificamente, a energia transportada por uma onda é proporcional ao quadrado de sua amplitude:

E ∝ A²

Ondas sonoras

Ondas sonoras são um tipo de ondas longitudinais. Quando você fala, sua laringe cria uma diferença de pressão no ar, que viaja até o ouvido do ouvinte e faz o tímpano vibrar.

Características do som incluem:

  • Timbre: Relacionando-se à frequência de um som. Frequências mais altas correspondem a tons mais altos.
  • Intensidade: Relacionando-se à amplitude de uma onda sonora.
  • Qualidade: Também conhecida como timbre ou cor, isso surge da complexidade do formato da onda.

Ondas de luz

Ondas de luz são ondas eletromagnéticas, o que significa que não precisam de um meio para viajar. É por isso que a luz pode viajar no vácuo do espaço.

As propriedades das ondas de luz incluem:

  • A velocidade da luz no vácuo é cerca de 3 x 108 m / s.
  • Reflexão: A luz reflete das superfícies.
  • Refração: A luz se dobra ao passar por diferentes meios.
  • Difração: A luz se espalha ao passar por buracos estreitos.
Onda de luz

Superposição e interferência

Quando duas ou mais ondas colidem entre si, elas se sobrepõem uma à outra. O princípio da superposição afirma que a onda resultante é a soma das ondas individuais.

Se as cristas das ondas encontram cristas e as depressões encontram depressões, ocorre a interferência construtiva, produzindo uma onda de maior amplitude. Se essas cristas encontram depressões, ocorre a interferência destrutiva, fazendo com que a amplitude diminua.

Onda 1 Onda 2 Resultante

Eco

A ressonância ocorre quando um sistema é acionado em uma frequência que corresponde à sua frequência natural, resultando em oscilações de grande amplitude. Um exemplo familiar de ressonância é empurrar um balanço. Se o empurrão é cronometrado corretamente, o balanço fica cada vez mais alto.

Aplicações em tecnologia

Compreender vibrações e ondas é importante em uma variedade de aplicações tecnológicas. Por exemplo, na imagem médica, o ultrassom usa ondas sonoras para criar imagens das estruturas internas do corpo.

Nas comunicações, rádio, televisão e sinais móveis dependem de ondas eletromagnéticas. Engenheiros projetam antenas e receptores com base nos princípios das ondas para garantir a clareza do sinal e a eficiência da transmissão.

Resumo

Oscilações e ondas são conceitos fundamentais na física, proporcionando insights sobre fenômenos naturais e possibilitando avanços tecnológicos modernos. Desde pêndulos simples até interações complexas de ondas, eles refletem a bela natureza da transferência de energia no universo.

Ao estudar oscilações e ondas, adquirimos um conhecimento mais profundo sobre o mundo, levando a inovações que melhoram a vida cotidiana e ampliam a compreensão científica.


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