Propagação das ondas transversais nas molas

OBJETIVO DA EXPERIÊNCIA

O principal objetivo desta atividade consiste em observar a propagação e reflexão das ondas transversais nas molas.

MATERIAIS NECESSÁRIOS

• Grampo com vareta
• Mola de 40 mm Ø
• Parafuso de mesa

INSTRUÇÕES PARA REALIZAR A EXPERIÊNCIA

Dois alunos seguram a mola pelo seus extremos devidamente em tensão. Um deles dá uma sacudidela lateral como se manejasse um chicote movimentando a mão somente para a direita e voltando à mesma posição. Convém manter a outra mão apoiada como suporte.

Forma-se uma espécie de semi onda isolada que podemos chamar deformação, ou sinal, ou pulsação. Se verá que esta deformação se prolonga pelo comprimento da mola de um lado da mesma, sem mudar de forma e com uma velocidade tanto maior quanto maior seja a tensão da mola. Comprovar esticando-a mais.

Em geral, a velocidade das ondas depende das propriedades elásticas do médio por onde caminham.

Se ambos os alunos produzem deformações estas propagam-se sem sentidos contrários, cruzam-se em um ponto M e seguem o seu caminho sem se perturbarem , ou seja, sem nenhuma alteração na sua forma nem na sua velocidade. Esta particularidade tão notável é comum a todas as ondas. Para entender como é possível, basta desenhar as duas deformações nas posições sucessivas enquanto se cruzam. Somando as ordenadas respetivas resulta a curva que a mola forma em cada instante (Fig. 1), já que cada ponto da mesma, realiza o movimento resultante dos devidos a cada deformação por separado.

Segurar um extremo da mola com o grampo como indica a figura. No outro extremo dar uma sacudidela lateral rápida e forte e a deformação ou sinal chega ao extremo fixo e volta refletida. Neste caso, se verá que o sinal incidente caminhava pela esquerda da mola, a refletida volta pela direita, ou seja, invertida.

Repetir a experiência, mas unindo agora o extremo da mola à mesa por uma corda intermédia de dois ou mais metros. Este extremo então ficará livre para poder vibrar quando chegar o sinal incidente, o qual também se reflete, mas voltando agora pelo mesmo lado por onde chegou o incidente. Neste caso não há inversão.(Fig. 3).

A reflexão que tem lugar no extremo, quando está fixo, costuma explicar-se dizendo que ocorre "como se" o sinal que chega ao dito ponto se encontrasse com outro sinal fictício e invertido, que viesse pelo prolongamento da mola em sentido contrário. Ao encontrarem-se ambas se cruzariam, fazendo fictícia a que é real e vice-versa e deixando em repouso o extremo da mola. (Fig. 2).

A reflexão que se produz sem inversão, quando o extremo está livre, explicar-se-ia de forma idêntica, com os dois sinais (real e fictício), que chegassem ao extremo livre caminhando em sentidos contrários e ambos pelo mesmo lado. O ponto extremo vibraria com grande amplitude, como na realidade sucede.

A deformação da mola, contem em ambos os casos a energia que a nossa mão lhe proporcionou. Esta energia conserva-se e volta na deformação refletida.