Ondas Harmônicas
Um fio muito longo é feito juntando-se (no ponto B) dois fios com densidades lineares diferentes e . A figura abaixo mostra uma porção do fio, centrada na junção. O fio é esticado sob uma tensão .
- No instante , é produzido um pequeno pulso transversal, localizado no ponto A. Considere as distâncias indicadas na figura. Em que instante de tempo o pulso atinge o ponto C?
- Parte do pulso do item (a) é refletida na junção (ponto B). Determine o instante de tempo em que essa parte do pulso volta ao ponto A?
- Some as duas ondas e obtenha a resultante da sua superposição.
- Caracterize o tipo de interferência resultante (construtiva ou destrutiva, total ou parcial), para cada um dos seguintes valores de e .
Em uma corda muito longa se propagam duas ondas progressivas harmônicas dadas por e .
Passo 1
Bom, nessa questão temos duas porções de fio com densidades diferentes. Eles estão sujeitos à mesma tensão, mas por causa das densidades diferentes, terão diferentes velocidades de propagação de ondas.
Vamos calcular a primeira velocidade de propagação e o tempo que um pulso levaria pra se propagar por todo esse primeiro comprimento.
Então o tempo que um pulso levaria pra percorrer esse comprimento seria:
Pro segundo comprimento:
E o tempo eu um pulso leva pra percorrer todo esse segundo comprimento é:
O tempo total será a soma dos dois tempos:
Passo 2
b):
Esse item é bem mais fácil. Basta a gente usar duas vezes o primeiro comprimento e dividi-lo por . Afinal de contas, o pulso vai bater na interseção e voltar pro início, percorrendo assim duas vezes o primeiro comprimento:
Passo 3
c):
Vamos usar a fórmula da soma dos senos:
Aplicando ela:
Passo 4
d):
Para uma interferência destrutiva total, temos:
Para uma interferência construtiva total, temos:
Para interferências intermediárias, nós teremos valores diferentes a esses. Vamos considerar então que uma interferência construtiva parcial se aproxima mais de e que uma interferência destrutiva parcial se aproxima mais de
Isso é, se a interferência gera , ela é destrutiva parcial, se gera , construtiva parcial. Se gera , temos uma interferência intermediária.
Vamos lá então.
Para Interferência construtiva total.
Interferência destrutiva total.
Interferência intermediária.
Interferência construtiva parcial.
Resposta
a):
b):
c):
d):
Construtiva total, destrutiva total, intermediária e construtiva parcial.