Física: Ondas, Campos e Indução

• Uma onda é uma perturbação que se propaga no espaço. Carrega energia e momento, sem deslocamento de matéria.
• Explique a diferença entre ondas longitudinais e ondas transversais. Proponha um exemplo de cada um.

As ondas transversais e longitudinais são classificadas de acordo com suas direções de propagação.

As longitudinais são aquelas em que a direção de propagação coincide com a direção de vibração. Ondas longitudinais são as que propagam som em uma mola, quando ela vibra longitudinalmente.

As transversais são aquelas em que a direção de propagação é perpendicular à direção em que a vibração ocorre. As ondas sísmicas e ondas eletromagnéticas são ondas transversais.

• Semelhanças e diferenças entre E e G

Analogias

O campo gravitacional criado por um ponto de massa e o campo elétrico criado por uma carga pontual são campos centrais. Suas linhas de campo são abertas e têm simetria radial.

São campos conservativos e, portanto, têm uma energia potencial e parceiros em potencial e que são forças centrais.

A força do campo é diretamente proporcional à massa ou carga criada, ou inversamente proporcional ao quadrado da distância que os separa.

Diferenças

Forças elétricas podem ser atrativas (com cargas de sinais diferentes) ou repulsivas (com cargas de mesmo sinal). No entanto, as forças gravitacionais são sempre atraentes. As linhas de campo são originárias de cargas positivas e terminam em cargas negativas. No entanto, as linhas do campo sempre acabam nas massas. A constante K não é universal, depende do ambiente, por outro lado G, constante gravitacional universal, tem o mesmo valor em qualquer ponto no meio.

No nível microscópico, as forças elétricas são muito maiores que as forças gravitacionais.

A força elétrica macroscópica costuma desaparecer, pois os organismos não são normalmente carregados. Então, como consequência, as forças gravitacionais são mais importantes que as forças elétricas.

Representação do campo elétrico

Há duas maneiras de representar o campo elétrico, por uma das linhas do campo (ou forças) que são tangentes ao vetor intensidade do campo elétrico em cada ponto e têm o mesmo significado.

A densidade de linhas de campo é proporcional ao módulo do vetor campo elétrico de intensidade. Finalmente, o aumento nas taxas positivas ou ao infinito (fonte ou fontes das linhas de campo) e morrem no negativo (linhas de campo sumidouros).

Depois, há as equipotenciais. As superfícies estão juntando todos os pontos com o mesmo potencial elétrico. Algumas características dessas superfícies, são perpendiculares às linhas de campo. Em uma superfície equipotencial o trabalho que o campo é 0.

W_campo a b = q (V_A - V_B) = 0.

V_a = V_b porque estão na mesma superfície equipotencial. No caso de uma carga pontual isolada, as superfícies equipotenciais são esferas concêntricas (centradas na carga).

Interação gravitacional: Lei da gravitação universal

Newton, a partir de suas observações e de muitas leis de Kepler, enunciou uma lei aplicável às forças de atração entre duas massas, e é chamada a Lei de Newton ou Lei da Gravitação Universal:

"Duas massas se atraem, com uma força que é diretamente proporcional ao produto das duas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre seus centros."

Leis de Kepler

-1 - Os planetas orbitam o Sol em elipses, com o Sol localizado em um dos focos.

• Como a força gravitacional é central, o momento angular é conservado, o que implica que a trajetória é plana.
• O fato de que a força central também implica que o caminho é fechado.

-2 - A linha que une um planeta ao Sol varre áreas iguais em tempos iguais. Isto implica que a velocidade não é constante e a velocidade é maior quanto mais próximo do planeta.

-3 - O quadrado do período do movimento de um planeta é diretamente proporcional ao cubo da distância média do planeta ao Sol.

Lei de Coulomb

A força de atração ou repulsão entre dois pontos de cargas elétricas é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que os separa.

Esta lei só é válida para cargas pontuais que estão latentes.

Campo elétrico

Chamamos o campo de perturbação elétrica que um corpo produz no espaço circundante por ter carga elétrica.

Se a carga está em repouso, falamos de campo eletrostático.

Dois campos elétricos são descritos por duas grandezas, um vetor de força do campo elétrico (ou, simplesmente, o campo elétrico) e um potencial escalar elétrico.

Princípio de Huygens: Cada ponto em uma frente de onda age como um foco de transmissão de ondas secundárias, com a mesma velocidade e frequência que a onda inicial, cuja superfície exterior é uma nova frente de onda.

Difração, refração e reflexão.

A difração é o desvio da propagação retilínea de ondas quando o seu caminho é uma abertura ou um obstáculo com dimensões da ordem do comprimento de onda. Além disso, quando eles encontram um canto e olham ao seu redor.

Reflexão é o fenômeno pelo qual uma onda atingindo o limite de dois meios é retornada para o primeiro deles, juntamente com uma parte da energia do movimento da onda, mudando sua direção de propagação.

Leis da reflexão

Primeiro Ato

O raio incidente, normal à superfície no ponto de incidência e o raio refletido estão no mesmo plano.

Segunda Lei

O ângulo de incidência, i, e o ângulo de reflexão, i', são iguais.

Refração é o fenômeno pelo qual uma onda atingindo o limite de dois meios, entra e é transmitido na segunda, juntamente com parte da energia do movimento da onda, mudando sua direção de propagação.

Leis da Refração

Primeira lei: O raio incidente, normal à superfície no ponto de incidência e o raio refratado estão num mesmo plano.

Segunda Lei - Lei de Snell

Interferência de ondas

A interferência é uma propriedade única de ondas.

É a superposição de duas ou mais propostas de onda em um ponto médio.

É regido pelo princípio da superposição.

Princípio da Superposição: Um ponto do meio é alcançado simultaneamente por duas ondas, passando uma vibração que é a soma das vibrações que teria caso fosse realizado por cada onda em separado.

Depois da interferência, as ondas continuam a se multiplicar sem sofrer qualquer alteração, como se nada tivesse acontecido.

Por exemplo, quando falam mais do que 2 pessoas, entendemos todos.

A interferência pode ser dividida em dois tipos, construtiva e destrutiva.

Quando ocorre interferência construtiva, a amplitude resultante é maior do que a onda em simultâneo.

Quando ocorre uma interferência destrutiva, a amplitude resultante é menor do que a onda em simultâneo.

Representação do campo gravitacional

O campo gravitacional pode ser representado de duas maneiras:

Pelas linhas de campo (ou força):

• g são vetores tangentes em cada ponto e têm o mesmo sentido que g.
• A densidade de linhas de campo (linhas de campo por unidade de área) é proporcional a |g|.

Equipotenciais:

• Superfícies que se ligam todos os pontos com a mesma V (potencial gravitacional).
• São perpendiculares às linhas de campo.
• A W_a-b = 0 se A e B estão na mesma superfície equipotencial.
• W_a-b = m (V_a-V_b) = 0 desde V_a = V_b.
• Para um ponto de massa isolada, as superfícies equipotenciais são superfícies esféricas com centro de massa.

Propriedades de carga elétrica: A carga elétrica é conservada, ou seja, o número de cargas negativas ganho por um corpo será igual ao número de cargas negativas no empréstimo de outro. Em todos os processos, a carga elétrica total permanece constante. Carga elétrica é quantizada, é qualquer múltiplo inteiro de uma unidade elementar de carga, o que equivale a carga do elétron.

Indução eletromagnética: A indução eletromagnética é a produção de correntes elétricas por campos magnéticos. Para que esse fenômeno físico ocorra, é necessário que a quantidade de campo magnético que passa através de um circuito elétrico varie com o tempo. Esta magnitude, que muda ao longo do tempo e depende da indução eletromagnética, é chamada de fluxo magnético, que é o número de linhas de força do campo B através da superfície definida pelo circuito. A indução eletromagnética é uma parte importante nesse sistema de relações mútuas entre eletricidade e magnetismo conhecido como eletromagnetismo. Foram construídas uma série de aplicações práticas com base nesse fenômeno: o transformador, o dínamo de uma bicicleta, o gerador de uma usina hidrelétrica....

Lei de Faraday

Quando você entra em um ímã por uma bobina aparece em uma corrente induzida. Ela também aparece quando você remove o ímã.

O ímã cria um campo magnético cujo campo de linhas em toda a superfície que envolve o ciclo, criando um fluxo magnético.

A corrente induzida aparece somente quando o fluxo varia. Se o fluxo é constante, não vejo nenhuma corrente. Assim, quando um ímã perto ou mais de um loop aparece uma corrente induzida, mas se mantivermos o ímã ainda não aparece.

O surgimento de uma tendência implica a presença de uma força eletromotriz (fem).

Lei de Lenz

A Lei de Lenz indica a direção da corrente induzida em uma bobina:

• Se trouxermos um ímã para transformar o fluxo mais e mais. Assim, aparece uma corrente induzida na bobina que cria um campo magnético como orientação para compensar o aumento do fluxo.
• Se o ímã de distância cada vez há menos fluxo. Assim, parece que uma corrente induzida cria um campo que neutraliza a diminuição do fluxo.

Experiência de Oersted: O físico dinamarquês observou que uma corrente elétrica exerce uma força sobre uma agulha magnetizada próxima. Se o motorista não passa corrente, a bússola é orientada em direção ao Pólo Norte, mas quando a corrente passa a bússola tende a se mover perpendicular à corrente. Este experimento mostra que uma corrente elétrica produz o mesmo efeito de um ímã natural.