C.2 · Modelo ondulatório

Esta apostila cobre tópicos selecionados de HL para o curso avaliado pela primeira vez em 2025; não constitui o programa completo.

Pré-requisitos: ler as quantidades e unidades declaradas, e usar aritmética e as condições do modelo abaixo.

Os exemplos são originais e fictícios: não são medições reais nem investigações reais de estudantes.

O que explicaria esta observação?

• Uma onda pode transportar energia através da água enquanto um marcador flutuante oscila principalmente. Transferência de energia e transferência de matéria são diferentes.

Construa o modelo

• Frequência é oscilações por unidade de tempo; comprimento de onda é a distância entre pontos sucessivos em fase.
• A velocidade da onda é igual à frequência multiplicada pelo comprimento de onda.
• Oscilações transversais são perpendiculares à propagação.
• Comprimento de onda: Distância entre pontos sucessivos em fase.
• Frequência: Número de oscilações por unidade de tempo.

Escolha evidências que possam testá-lo

• Na fronteira, a frequência permanece fixa pela fonte.
• A mudança de velocidade altera o comprimento de onda.
• A refração decorre das diferenças de velocidade; os ângulos são medidos em relação à normal.

No laboratório: Meça vários comprimentos de onda e divida para reduzir a incerteza relativa da leitura. Use uma caixa de raios com uma normal desenhada na fronteira. Mantenha o feixe longe dos olhos e registre claramente os ângulos de incidência e refração.

Trabalhe a partir de quantidades conhecidas

• Conhecido: frequência 5 Hz e comprimento de onda 0.40 m.
• Use v = fλ. v = 5×0.40 = 2.0 metros por segundo.
• Se a velocidade cair para 1.5 metros por segundo na mesma frequência, o comprimento de onda = v/f = 1.5/5 = 0.30 m.

Sua vez: A frequência é 8 Hz e o comprimento de onda é 0.25 m. Encontre a velocidade da onda.

Verifique a conclusão e seus limites

• A frequência da onda não muda simplesmente porque o meio muda.
• Uma onda longitudinal possui oscilações paralelas à propagação.

Incorreto: A frequência da onda sempre muda quando uma onda entra em um novo meio. A frequência é fixada pela fonte, permanecendo inalterada através da fronteira. O que muda é a velocidade e, portanto, o comprimento de onda via v = f × comprimento de onda.

Chave:

• Frequência é oscilações por tempo; comprimento de onda é a distância entre pontos sucessivos em fase.
• Na fronteira, a frequência permanece fixa pela fonte.
• Atenção: a frequência da onda não muda simplesmente porque o meio muda.

Escreva a partir de uma velocidade de onda de 7.2 metros por segundo

• A frequência é 9 Hz e o comprimento de onda é 0.80 m.
• Encontre a velocidade da onda. Se a velocidade tornar-se 5.4 metros por segundo na fronteira, encontre o novo comprimento de onda. A frequência permanece inalterada.

Escreva a partir de uma verificação da lei de Snell

• A luz passa do ar para o vidro (n = 1.5) incidindo a 30° em relação à normal.
• sin θvidro = sin 30° ÷ 1.5 = 0.333, logo θvidro ≈ 19.5° — em direção à normal no meio mais lento, conforme exigido.

Escreva a partir de um ângulo crítico

• A luz viaja do vidro (n = 1.5) em direção ao ar.
• sin θc = 1 ÷ 1.5 = 0.667, logo θc ≈ 41.8° — além dele ocorre reflexão interna total: a condição da fibra óptica.