Os conceitos comuns a todo o tipo de ondas, em particular às ondas de som e de luz, serão abordados partindo da descrição dos fenómenos para os modelos físicos que os explicam, recorrendo a experiências, a demonstrações experimentais e a simulações computacionais.
Serão descritas algumas aplicações tecnológicas como por exemplo o radar, o sonar, a ecografia, a fibra óptica, os raios-X, etc.
Os formandos serão convidados a preparar algumas atividades, desde demonstrações experimentais com material de laboratório simples, a perguntas de escolha múltipla conceptuais, que possam posteriormente usar nas suas salas de aula.
Objetivos:
No final desta ação, os formandos devem desenvolver as seguintes competências:
1 - Proficiência na preparação e realização de experiências laboratoriais.
2 - Utilização de simulações computacionais para a demonstração dos conceitos.
3 - Autonomia na preparação de atividades na sala de aula.
Programa
- Descrição do conteúdo e do modo de funcionamento da ação de formação. Constituição dos grupos de trabalho e distribuição dos trabalhos a realizar.
Definição de onda: relações entre as grandezas físicas envolvidas. Como fazer demonstrações de impulsos transversais e longitudinais usando cordas e molas helicoidais (slinky). Descrição do movimento dos pontos de uma mola ou de uma corda e formulação matemática de uma onda. Como usar o computador ou a máquina de calcular para fazer a representação de um impulso ondulatório. Dedução da equação de onda. Velocidade de onda. Velocidade de onda e relação com os parâmetros elástico e de inércia do meio. Exemplo das ondas sonoras no ar, na água e num sólido, e de outras ondas mecânicas: tsunamis e ondas sísmicas. Distinção entre meios dispersivos e não dispersivos.
- Ondas sinusoidais. Descrição matemática e demonstração de um impulso sinusoidal usando uma mola helicoidal. Realização de experiências: determinação da velocidade do som no ar e de ondas superficiais na água. Energia e intensidade das ondas.
- Ondas sonoras: como se produzem; relação entre pressão e deslocamento; energia e intensidade das ondas sonoras, nível de intensidade sonora. Determinação qualitativa da capacidade auditiva. Descrição do aparelho auditivo e relação do nível de intensidade sonora com a degradação da capacidade auditiva. Sonogramas.
- O efeito de Doppler. Determinação experimental da velocidade de um objeto usando o efeito de Doppler. Exemplos de aplicação do efeito de Doppler. Descrição de um ecógrafo.
- Interferência de ondas construtiva e destrutiva; Visualização dos padrões de interferência usando uma tina de ondas. Visualização dos padrões de interferência usando um interferómetro. Visualização dos mesmos fenómenos no computador usando simulações. Batimentos; determinação experimental da frequência de batimento de ondas sonoras usando o osciloscópio.
- Ondas estacionárias e modos normais de vibração, em cordas e em tubos de ar. Como demonstrar ondas estacionárias usando uma mola helicoidal. Realização de experiências sobre ondas estacionárias em cordas verticais e horizontais Ressonância. Como fazer uma escala musical de dó usando tubos de ar. Exemplos de ondas estacionárias e ressonância nos instrumentos musicais, nas pontes e edifícios, no aparelho de micro-ondas, etc.
- Composição e decomposição espectral. Exemplo de um impulso triangular e como construir no computador outros impulsos através da soma dos modos normais. Visualização no osciloscópio de sinais sonoros de diferentes origens (diapasão, voz, flauta) e determinação das frequências dos modos normais. Sintetizadores.
- Como se produzem e propagam as ondas eletromagnéticas. Espectro eletromagnético. Propagação de ondas numa linha de transmissão e determinação da impedância da linha usando a reflexão de um impulso. A lei de Snell. A fibra ótica como exemplo da aplicação do fenómeno da reflexão total das ondas eletromagnéticas. Descrição do funcionamento da rádio e da televisão.
- Propriedades da luz. Experiências de reflexão, refração e dispersão da luz usando lentes e prismas. Polarização. As cores e o arco-íris. A cor do céu.
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Os conceitos comuns a todo o tipo de ondas, em particular às ondas de som e de luz, serão abordados partindo da descrição dos fenómenos para os modelos físicos que os explicam, recorrendo a experiências, a demonstrações experimentais e a simulações computacionais.
Serão descritas algumas aplicações tecnológicas como por exemplo o radar, o sonar, a ecografia, a fibra óptica, os raios-X, etc.
Os formandos serão convidados a preparar algumas atividades, desde demonstrações experimentais com material de laboratório simples, a perguntas de escolha múltipla conceptuais, que possam posteriormente usar nas suas salas de aula.
Objetivos:
No final desta ação, os formandos devem desenvolver as seguintes competências:
1 - Proficiência na preparação e realização de experiências laboratoriais.
2 - Utilização de simulações computacionais para a demonstração dos conceitos.
3 - Autonomia na preparação de atividades na sala de aula.
Programa
- Descrição do conteúdo e do modo de funcionamento da ação de formação. Constituição dos grupos de trabalho e distribuição dos trabalhos a realizar.
Definição de onda: relações entre as grandezas físicas envolvidas. Como fazer demonstrações de impulsos transversais e longitudinais usando cordas e molas helicoidais (slinky). Descrição do movimento dos pontos de uma mola ou de uma corda e formulação matemática de uma onda. Como usar o computador ou a máquina de calcular para fazer a representação de um impulso ondulatório. Dedução da equação de onda. Velocidade de onda. Velocidade de onda e relação com os parâmetros elástico e de inércia do meio. Exemplo das ondas sonoras no ar, na água e num sólido, e de outras ondas mecânicas: tsunamis e ondas sísmicas. Distinção entre meios dispersivos e não dispersivos.
- Ondas sinusoidais. Descrição matemática e demonstração de um impulso sinusoidal usando uma mola helicoidal. Realização de experiências: determinação da velocidade do som no ar e de ondas superficiais na água. Energia e intensidade das ondas.
- Ondas sonoras: como se produzem; relação entre pressão e deslocamento; energia e intensidade das ondas sonoras, nível de intensidade sonora. Determinação qualitativa da capacidade auditiva. Descrição do aparelho auditivo e relação do nível de intensidade sonora com a degradação da capacidade auditiva. Sonogramas.
- O efeito de Doppler. Determinação experimental da velocidade de um objeto usando o efeito de Doppler. Exemplos de aplicação do efeito de Doppler. Descrição de um ecógrafo.
- Interferência de ondas construtiva e destrutiva; Visualização dos padrões de interferência usando uma tina de ondas. Visualização dos padrões de interferência usando um interferómetro. Visualização dos mesmos fenómenos no computador usando simulações. Batimentos; determinação experimental da frequência de batimento de ondas sonoras usando o osciloscópio.
- Ondas estacionárias e modos normais de vibração, em cordas e em tubos de ar. Como demonstrar ondas estacionárias usando uma mola helicoidal. Realização de experiências sobre ondas estacionárias em cordas verticais e horizontais Ressonância. Como fazer uma escala musical de dó usando tubos de ar. Exemplos de ondas estacionárias e ressonância nos instrumentos musicais, nas pontes e edifícios, no aparelho de micro-ondas, etc.
- Composição e decomposição espectral. Exemplo de um impulso triangular e como construir no computador outros impulsos através da soma dos modos normais. Visualização no osciloscópio de sinais sonoros de diferentes origens (diapasão, voz, flauta) e determinação das frequências dos modos normais. Sintetizadores.
- Como se produzem e propagam as ondas eletromagnéticas. Espectro eletromagnético. Propagação de ondas numa linha de transmissão e determinação da impedância da linha usando a reflexão de um impulso. A lei de Snell. A fibra ótica como exemplo da aplicação do fenómeno da reflexão total das ondas eletromagnéticas. Descrição do funcionamento da rádio e da televisão.
- Propriedades da luz. Experiências de reflexão, refração e dispersão da luz usando lentes e prismas. Polarização. As cores e o arco-íris. A cor do céu.
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