Unidade II - Comunicações Sumário : Transmissão de sinais. A propagação de um sinal. Ondas mecânicas. Tipos de ondas. Propagação de uma onda mecânica. Som e Luz. Características das ondas .
• A nossa sociedade mudou muito nas últimas décadas de anos. Os meios de comunicação modernos como a televisão, o telemóvel e a Internet permitem que a informação chegue rapidamente a todo o lado. A Física esteve na base de todos esses meios de comunicação. Sem a ciência, não poderíamos comunicar com rapidez e comodidade!
• A informação chega-nos através dos sentidos da visão e da audição, que nos permitem captar a luz e o som.
• Ao processo de envio e receção de informação designa-se de COMUNICAÇÃO.
• A comunicação pode fazer-se a distâncias curtas ou longas.
Transmissão de sinais
• Chama-se sinal a qualquer perturbação que seja usada para comunicar (transmitir uma mensagem).
Emissor Receptor
2.1. Comunicação de informação a curtas distâncias.
Nesta parte, a Física explica as várias maneiras de comunicar, usando conceitos como SINAL, PROPAGAÇÃO, ONDA…
Sendo muitos os sinais no nosso quotidiano, vamos classificá-los:
Quanto à localização no tempo, distinguem-se dois tipos de sinais: contínuos e de curta duração - Pulso. http://phet.colorado.edu/sims/wave-on-a-string/wave-on-a-string_es.html
Sinais periódicos: São sinais que se repetem regularmente em intervalos de tempo fixo ou períodos.
Sinais não periódicos ou aperiódicos: São sinais onde não se verifica periodicidade na repetição.
A comunicação entre emissor e receptor só ocorre se a perturbação for transmitida a todos os pontos do espaço, pelo que a propagação de um sinal nunca é instantânea (ie, não é um pulso).
Sinal de curta e longa duração
2.1. Comunicação de informação a curtas distâncias.
• Os sinais podem ser de curta duração – a que se chama pulso – ou de longa duração.
• Um pulso é uma perturbação produzida num dado instante.
• O sinal de curta duração é uma onda solitária e resulta da propagação de um só pulso.
• O sinal de longa duração ou contínuo é uma onda persistente e resulta da propagação de pulsos contínuos.
A propagação de um sinal. Ondas mecânicas
2.1. Comunicação de informação a curtas distâncias.
• Uma onda é a propagação de uma perturbação de uma região para outra do espaço. (Existe transferência de ENERGIA e não de MATÉRIA).
• As ondas que necessitam de um meio material para a sua propagação são designadas por ondas mecânicas.
Exemplos: ondas sonoras, ondas sísmicas, ondas do mar.
• As ondas electromagnéticas não necessitam de um meio material para se propagarem, isto é, propagam-se no vazio.
2.1. Comunicação de informação a curtas distâncias.
A propagação de um sinal. Ondas mecânicas
• Em qualquer fenómeno ondulatório existe sempre uma perturbação inicial que altera localmente uma propriedade física do meio.
• Esta alteração é transmitida para outra região do espaço e chegará a um ponto após algum tempo.
Ondas sísmicas
Tipos de ondas
2.1. Comunicação de informação a curtas distâncias.
Onda longitudinal Onda transversal
• Onda longitudinal: a perturbação avança na mesma direção em que foi produzida.
2.1. Comunicação de informação a curtas distâncias.
As ondas, em relação ao modo como se propagam, classificam-se em:
• Onda transversal: a perturbação é provocada perpendicularmente à direcção em que se vai propagar.
2.1. Comunicação de informação a curtas distâncias.
Tipos de ondas
Onda longitudinal Onda transversal
Zonas de rarefação
Zona de compressão
Vales/ventresCristas
• A propagação de uma onda mecânica consiste numa sucessão de perturbações no meio em torno de uma posição de equilíbrio.
2.1. Comunicação de informação a curtas distâncias.
Propagação de uma onda mecânica
• Não há deslocamento de partículas do meio na direcção de propagação, apenas oscilações em torno da posição de equilíbrio.
Som e Luz
2.1. Comunicação de informação a curtas distâncias.
Som Radiação eletromagnética
Propaga-se através de ondas sonoras.
As ondas sonoras podem ser de dois tipos, dependendo do meio:
- gases: longitudinal;
- sólidos: longitudinal ou transversal.
Necessita de um meio material para se propagar. É uma onda mecânica.
Propaga-se através de ondas electromagnéticas.
As ondas electromagnéticas são ondas transversais.
Não necessita de um meio material para se propagar, ou seja, propaga-se no vazio.
• Propagam-se com uma velocidade muito superior 3x108 m/s no vazio ou no ar.
Uma onda é um modo de transferir energia
• Uma onda transporta energia. Transferindo energia, um movimento ondulatório permite transmitir energia.
• A velocidade de propagação depende das propriedades físicas do meio e não depende da quantidade de energia transferida inicialmente.
2.1. Comunicação de informação a curtas distâncias.
CARACTERÍSTICAS DE UMA ONDA:
CRISTA
VALE
A
A
COMPRIMENTO DE ONDA ():
AMPLITUDE (A):
Distância entre duas cristas sucessivas, ou entre dois vales sucessivos, ou ainda, a distância horizontal necessária para que a onda faça uma oscilação completa
Distância entre a linha média e uma crista ou um vale.
CRISTA
VALE
FREQUÊNCIA (f):
PERÍODO (T):
Número de oscilações realizadas num intervalo de tempo (1s).
A unidade de medida de frequência no SI é o hertz (Hz)
Supondo que a onda abaixo faça três oscilações num segundo, sua frequência seria f = 3 Hz.
Tempo necessário para se realizar uma oscilação completa.
Supondo que a onda acima faça três oscilações num segundo, então ela demora 1/3 de segundo para fazer uma oscilação completa. Logo T = 1/3 s.
OBSERVAÇÃO:
Note que o período é o inverso da frequência. Assim T = 1/f
v = . f
VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO (V):
Considerando uma oscilação completa de uma onda, temos:
X = t = Te
Então:
v = x / t v = / TMas: f = 1/T
Portanto:
Características das ondas
Grandeza física
Símbolo
Unidade SI
Definição Representação
Amplitude A m Máximo afastamento em relação à posição de equilíbrio
Comprimento de onda
m Distância entre duas partículas na mesma fase de vibração /
Distância que a onda se propaga num período
Período T s Tempo que uma partícula demora a executar uma vibração
completa.
Frequência f Hz Número de vibrações que uma partícula efectua numa unidade de
tempo.
2.1. Comunicação de informação a curtas distâncias.
Onda periódica
• Quando uma onda resulta da emissão de um sinal repetido em intervalos regulares, diz-se que estamos perante uma onda periódica.
• A onda sinusoidal ou harmónica é a onda periódica mais simples:
2.1. Comunicação de informação a curtas distâncias.
2.1. Comunicação de informação a curtas distâncias.
Onda sinusoidal ou harmónica
• Um sinal harmónico ou sinusoidal é um sinal periódico expresso matematicamente pela função:
)sin( tAy
• As funções trigonométricas senos e co-senos são chamadas funções harmónicas. Por isso, os
movimentos descritos pela lei y = A sin (t) são chamados harmónicos.
Unidades S.I.
Y – Elongação (afastamento em relação à posição de equilíbrio. O seu valor máximo coincide com A e o mínimo com - A) m
A – Amplitude das oscilações m
- frequência angular (pulsação) rad s-1
t – tempo s
Onda sinusoidal – características e periodicidade
f 2
2.1. Comunicação de informação a curtas distâncias.
• Uma sinusoidal possui uma periodicidade no tempo, igual ao período (T) de vibração da fonte sonora.
• Uma onda sinusoidal possui uma periodicidade no espaço de valor igual ao comprimento de onda ().
• O período é independente da amplitude da onda.• Embora iniciem o movimento oscilatório em instantes diferentes,
passado algum tempo, todas as partículas se encontram a vibrar com a mesma frequência. Essa frequência corresponde à frequência do emissor.
T
2f 2
Características das ondas
• O valor do comprimento de onda depende de:
- propriedades do meio (as propriedades físicas do meio impõem uma determinada velocidade de propagação).
- características da fonte (frequência da fonte).
f
v
2.1. Comunicação de informação a curtas distâncias.
A ONDA SONORA:
Onda tridimensional, mecânica e longitudinal SOM
20 Hz 20 000 Hz
Infra sons Ultra sonsSons Audíveis
Vsólidos Vlíquidos Vgases
QUALIDADES FISIOLÓGICAS DO
SOM
ALTURA
INTENSIDADE
TIMBRE
FREQUÊNCIA- agudo, graveAMPLITUDE – forte, fraco
FORMA- (depende fonte sonora)
ALTURA:
Qualidade do som relacionada à frequência. Nesse caso, os sons são classificados em Graves ou Agudos.
SOM GRAVE:
Som de baixa frequência
SOM AGUDO:
Som de alta frequência
INTENSIDADE:
Qualidade do som relacionada à amplitude. Nesse caso, os sons são classificados em Forte ou Fraco.
SOM FORTE:
Som de alta intensidade, portanto, grande amplitude
SOM FRACO:
Som de baixa intensidade, portanto, baixa amplitude
TIMBRE:Qualidade do som relacionada à forma da onda. É a qualidade que nos permite diferenciar dois sons de mesma altura e mesma intensidade.
INSTRUMENTO A
INSTRUMENTO B
EXEMPLOS:
SOM FORTE E AGUDO
SOM FRACO E AGUDO
SOM FRACO E GRAVE
SOM FORTE E GRAVE
ALGUMAS FORMAS DE ONDA (TIMBRE):