Conteúdos

Este roteiro de estudos de física aborda os conceitos fundamentais do princípio da superposição e da interferência de ondas.

Objetivos

• Compreender o princípio da superposição e sua aplicação na propagação de ondas;
• Diferenciar interferência construtiva e interferência destrutiva; e
• Identificar a importância do experimento de Young.

Conteúdos / Objetos do conhecimento:

• Ondas: conceitos básicos.
• Princípio da superposição.
• Interferência de ondas: construtiva e destrutiva.
• Experimento da dupla fenda de Young.

Palavras-chave:

Ondas. Superposição. Interferência. Construtiva. Destrutiva. Tecnologia. Experimento de Young.

Proposta de trabalho:

O objetivo deste roteiro de estudos é apoiar os alunos na compreensão e nas práticas referentes aos princípios de ondulatória.

1ª Etapa: Ondas: conceitos básicos

Pergunta orientadora: O que são ondas?

De forma geral, definimos as ondas, na física, como perturbações que se propagam por um meio (como ar, água ou sólido) ou no vácuo, transportando energia sem transportar matéria. Elas podem ser classificadas em mecânicas (que precisam de um meio para se propagar, como o som) e eletromagnéticas (que se propagam no vácuo, como a luz). Além disso, podem ser transversais (como as ondas em cordas) ou longitudinais (como as ondas sonoras).

Dentro da ondulatória, vamos estudar a superposição e a interferência de ondas. Para que esses tópicos sejam estudados, é essencial ter embasamento teórico dos conceitos básicos da ondulatória. Portanto, revise a introdução do tema.

Sugestões de leitura:

• Ondas: conceitos fundamentais – Promilitares
• Ondulatória: Conceitos – Guia do Estudante

A partir da leitura dos textos indicados acima, responda às seguintes perguntas:

1) O que é uma onda?

2) Qual a diferença entre ondas mecânicas e eletromagnéticas?

3) Dê um exemplo de uma onda mecânica e de uma onda eletromagnética.

4) O que diferencia uma onda longitudinal de uma onda transversal?

Para saber mais, assista:

PROFESSOR BOARO. ONDULATÓRIA | CONCEITOS INICIAIS | Professor Boaro – Aula 1.

‌CURSO ENEM GRATUITO. ONDULATÓRIA: principais características das ondas | RESUMO DE FÍSICA PARA O ENEM.

Gabarito da 1ª etapa:

1) Uma onda é uma perturbação que se propaga em um meio ou no vácuo, transportando energia sem transportar matéria.

2) As ondas mecânicas precisam de um meio material (como ar, água ou sólidos) para se propagar, enquanto ondas eletromagnéticas podem se propagar no vácuo, pois são oscilações de campos elétricos e magnéticos.

3) Onda mecânica: o som, que se propaga pelo ar. Onda eletromagnética: a luz, que pode viajar no vácuo do espaço.

4) Em ondas longitudinais, a vibração ocorre na mesma direção da propagação (como no som). Em ondas transversais, a vibração ocorre perpendicularmente à direção da propagação (como em ondas na superfície da água ou na luz).

2ª Etapa: Princípio da superposição de ondas

Após o estudo dos conceitos básicos de ondulatória, estudaremos o princípio da superposição de ondas. O princípio da superposição de ondas estabelece que, quando duas ou mais ondas se propagam simultaneamente em um mesmo meio, a perturbação resultante em qualquer ponto é a soma das perturbações individuais causadas por cada onda.

Esse princípio é válido para qualquer tipo de onda, seja ela mecânica (como ondas sonoras e ondas na água) ou eletromagnética (como luz e ondas de rádio). A superposição pode resultar em diferentes tipos de interferência:

Interferência construtiva: se dá quando duas ondas em fase (ou seja, seus vales e cristas coincidem) se encontram. Suas amplitudes se somam, produzindo uma onda resultante de maior amplitude.

Interferência destrutiva: se dá quando duas ondas estão em oposição de fase (ou seja, a crista de uma coincide com o vale da outra). Suas amplitudes se subtraem, podendo até se anular completamente.

Esse princípio tem aplicações importantes em diversos fenômenos físicos, como o experimento da dupla fenda de Young, a formação de ondas estacionárias em instrumentos musicais e a tecnologia de cancelamento de ruído em fones de ouvido.

Sugestão de leitura:

• Resumo de Conteúdo: Superposição de Ondas – Teachy

A partir da leitura do texto acima, responda às questões abaixo:

1) O que acontece quando duas ondas de mesma amplitude e fase se encontram?

2) O que ocorre quando duas ondas de mesma amplitude e fases opostas se sobrepõem?

3) Como a interferência é utilizada em fones de ouvido com cancelamento de ruído?

Gabarito da 2ª etapa:

1) Quando duas ondas de mesma amplitude e fase se encontram, ocorre interferência construtiva. Nesse caso, as amplitudes das ondas se somam, formando uma onda resultante com o dobro da amplitude das ondas individuais.

2) Quando duas ondas de mesma amplitude, mas em fases opostas, se encontram, ocorre interferência destrutiva. Isso significa que a crista de uma onda se sobrepõe ao vale da outra, resultando em uma anulação completa ou parcial da onda resultante.

3) Os fones de ouvido com cancelamento de ruído utilizam o princípio da interferência destrutiva. Eles captam o som ambiente por meio de microfones e geram uma onda sonora de mesma amplitude, mas em fase oposta ao ruído externo. Isso faz com que o som indesejado seja cancelado, proporcionando um ambiente mais silencioso para o usuário.

3ª Etapa: Experimento de Young

Para complementar os estudos de ondulatória e superposição de ondas, vamos estudar o experimento de Young.

O Experimento de Young, também chamado de experimento da dupla fenda, foi realizado pelo físico Thomas Young no início do século XIX. Ele demonstrou a natureza ondulatória da luz, em um experimento que se tornou um dos principais indícios da teoria ondulatória, contrariando a ideia de que a luz era composta apenas por partículas.

Young fez um feixe de luz passar por uma barreira contendo duas fendas muito próximas uma da outra. Ao atravessá-las, a luz se espalhou e formou um padrão de interferência, ao ser projetada sobre uma tela.

Por meio desse experimento foi possível observar:

• Padrão de interferência: em vez de duas faixas de luz correspondentes às fendas, surgiram várias faixas claras e escuras alternadas na tela.
• Interferência construtiva: as faixas claras ocorrem onde as ondas de luz provenientes das duas fendas chegam em fase e se somam.
• Interferência destrutiva: as faixas escuras aparecem onde as ondas chegam em oposição de fase e se anulam.

Esse experimento demonstrou que a luz se comporta como uma onda, pois partículas não formariam esse padrão de interferência.

Sugestões de leitura:

• Thomas Young’s Double Slit Experiment (em inglês) – Evident
• A Experiência de Young – Brasil Escola

Para saber mais, assista:

ENGENHARIA E CIA: ACADÊMICO. Experiência da Dupla Fenda ou Duas Fendas | Mecânica Quântica | Física Quântica | @ Quem Somos Nós.

Bons estudos!

Roteiro de estudos elaborado pela Professora Gabriela Ribeiro do Prado.

Revisão textual: Professora Daniela Leite Nunes.

Coordenação Pedagógica: Prof.ª Dr.ª Aline Monge.

Crédito da imagem: ThomasVogel – Getty Images