Oscilações Mecânicas

Oscilações Mecânicas

A Física como ciência tem como objecto de estudo a Natureza, então todos os fenómenos por ela estudado ocorrem na Natureza.

Quando falamos de oscilações mecânicas, logo viajamos em outros planetas, pensando que é um tema complexo e de difícil compreensão, mas na verdade não é, podemos arriscar em dizer que é o fenómeno que mais ocorre na natureza, por serem bastante frequente no nosso dia-a-dia. São exemplos disso, o movimento de um baloiço, o movimento dos ponteiros de um relógio, quando a terra extreme-se com a passagem de comboio ou de um outro veiculo pesado, até quando lança-se na água uma pedra, a água expande-se em círculos, assim como tantos outros eventos de natureza oscilante.

Figura 1: Oscilação dos ponteiros de relógio.            Expansão da água, uma oscilação mecânica.

Repare que tanto os ponteiros do relógio, assim como os círculos de água movem-se com uma velocidade constante, com uma trajectória constante e em intervalos de temos iguais, então dessa forma acabamos de descrever e definir o que são oscilações mecânicas.

Oscilações mecânicas: São movimentos periódicos de um ponto material, que repete sempre a mesma trajectória em sentidos opostos, em torno de uma posição de equilíbrio, em intervalo d tempo iguais.

Leia Sobre: Ondas mecânicas

Características de uma oscilação mecânica

Todo fenómeno que acontece na natureza, tem as suas particularidades, que as descreve, por exemplo, no inverno a temperatura é baixa e em alguns países a ocorrência de neves, já no verão é caracterizada por temperaturas altas e por vezes acompanhada de chuva, assim como tanto outros fenómenos tem suas proporias características peculiares.

Então, uma oscilação mecânica, também tem suas características, dentre elas, a mais que se destaca é a sua regularidade, ou seja, é o intervalo de tempo em que todos os seus parâmetros se repetem. Então, a esse intervalo de tempo que é constante, dá-se o nome de período (T), que no Sistema Internacional (SI), a sua unidade de medida é o segundo (s).

Período (T): é o tempo necessário que uma onda leva para realizar uma oscilação completa.

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Essas não são únicas fórmulas de calcular o período, por vezes é necessário calcular o período a partir dos números de oscilações, ora vejamos:

Suponhamos que o movimento inicia no ponto A, e vale recordar que Período corresponde ao tempo necessário para dar uma volta completa, ou seja, sair do ponto A e voltar para o ponto A.

De ponto A, vai para o ponto O, e de O para B, de seguida regressa ao ponto O e finalmente retorna ao ponto A, ou seja, percorre 4 etapas, então podemos calcular também o perdido nessa forma:

T = 4 ∙ t_AO ou T = 2 ∙ t_AB

Frequência (f): representa o número de oscilações realizadas por uma oscilação, num determinado tempo. A sua unidade de medida no SI é o Hertz (Hz).

Leia também: O que é Física?

Elongação: é a coordenada (linear ou angular) do corpo oscilante em relação à sua posição de equilíbrio estável. Contudo, indica também a distância entre a posição estável e a posição que o corpo ocupa num dado instante, podendo ser positiva ou negativa.

Amplitude (A): indica o valor absoluto da distância entre a posição de equilíbrio estável e a posição extrema ocupada por um corpo oscilante.

Velocidade (v): é a rapidez com que uma onda se movimenta num material. No SI é medida em m/s.

Onde:

λ – O comprimento de onda em m;

v – velocidade da onda em m/s (se o meio for o vácuo, a sua velocidade será: c = 3 x 10⁸ m/s);

T – período das oscilações em s.

f – frequência das oscilações em Hz;

Veja também: Grandezas Físicas

Exemplo

1. O pêndulo da figura oscila harmonicamente entre as posições M e N gastando 0,5 s para ir de M até O.

a) Determine o período e a amplitude das oscilações do pêndulo.

b) Quantas oscilações completas o oscilador realiza por minuto?

c) Calcule a frequência das oscilações.

Resolução

a) Determine o período e a amplitude das oscilações do pêndulo.

Período é o tempo necessário para realizar uma volta completa, uma vez que oscilador sai do ponto M para N, então significa que o período será o tempo que leva a sair do ponto M e voltar novamente para M, mas para isso irá passar por 4 etapas, gastando 0,5 s em cada etapa, logo o período será dado por:

• T = 4 ∙ t_MO

• T = 4 ∙ 0,5

• T = 2 s

Amplitude indica o valor absoluto da distância entre a posição de equilíbrio estável e a posição extrema ocupada por um corpo oscilante, uma vez que a os extremos são MN, então temos:

b) Quantas oscilações completas o oscilador realiza por minuto?

O período das oscilações já é conhecido, que são 2 s, e 1 minuto, corresponde a 60 s, então com esses dois dados, podemos calcular o número de oscilações que realiza, dessa forma fica:

c) Calcule a frequência das oscilações.

Veja também: Exercícios Resolvidos Sobre Oscilações Mecânicas – Parte 1