Experimento 2: Onda Estacionária no Fio Esticado
Autor: Guilherme Paulino | Publicado: 2011-12-26T20:01:00-02:00






I. INTRODUÇÃO
Neste&nbsp;segundo experimento apresentado, foram analisadas ondas estacionárias sendo geradas em um fio de corda esticado, com as duas extremidades fixas. Em uma das extremidades possuía um vibrador, dispositivo este que estava acoplado no fio de corda e enquanto oscilava produzia ondas mecânicas em determinada frequência. Porém, a perturbação inserida na corda que produzia ondas estacionárias era sempre a mesma, que era feita pelo dispositivo oscilador, ou seja, era feita sempre na mesma frequência angular de propagação, e produzia a mesma tensão na corda.
 Sendo assim, a velocidade na onda dependia apenas do comprimento de onda gerada, ou da massa específica linear da corda. Para forçar um momento de ressonância, e assim também conseguir gerar ondas estacionárias na corda foi preciso colocar ao outro extremo da corda massas específicas (tabela 1), que foram determinadas matematicamente e explicitadas a seguir no relatório.




II. VELOCIDADE DA ONDA EM UMA CORDA ESTICADA
Para se calcular a velocidade a partir dessas propriedades físicas, pode-se obter como referência que a velocidade deve-se à dimensão do comprimento da onda dividida pelo seu tempo de propagação (período).
Como na fórmula a seguir:


V = λ f  (m/s; metros por segundo)


Porém, é em essência, determinada pelas propriedades do meio onde é perturbada. Pode-se observar como exemplos se uma onda se propaga em um meio como a água, o ar, o alumínio ou, como neste caso, em uma corda esticada, faz com que as partículas desse meio oscilem enquanto ocorre essa transferência de energia.
As principais características do meio a serem consideradas são a sua massa, elasticidade e atrito, no qual essas determinam a velocidade em que a onda pode se propagar no meio. No caso da massa, utilizamos a massa total da corda dividida pelo seu comprimento, e essa razão é dada como massa específica linear (µ).
 Uma onda não pode se propagar por uma corda ao menos que a corda esteja sobre tensão, o que significa que está sendo mantida alongada por forças aplicadas nas suas extremidades. A tensão &nbsp;τ &nbsp;da corda é igual ao módulo dessas forças. Quando uma onda se desloca na corda ela desloca as partículas dessa corda, e isso acontece devido à propriedade elástica da corda.
Precisa-se combinar µ e τ para obter a velocidade, mas como:




&nbsp;Então, por definição, determina-se a velocidade por:


As massas citadas anteriormente que foram colocadas na extremidade da corda estão especificadas na tabela 1.




III. ONDAS ESTACIONÁRIAS E RESSONÂNCIA
Uma corda, esticada entre dois pontos, gera ondas estacionárias quando existe ressonância para certas frequências.
Essas frequências de ressonância geram ciclos harmônicos apenas para os comprimentos de onda que seguem a seguinte propriedade:


Valores estes, que podem ser observados na tabela 1.


Tabela 1. Ondas Estacionárias resultantes do acréscimo de massa específica na corda.

Massa Acrescentada Comprimento de Onda Harmônico











Referência
David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker. Fundamentos de Física, Volume 2. 8ª edição.