Ondas e som
Onda estacionária em corda
Pressione Reproduzir — nós (cinza) parados; ventrês (claros) oscilam com y = A sin(nπx/L) cos(ωt).
Onda estacionária em corda — simulação interativa de Ondas e som. Pressione Reproduzir — nós (cinza) parados; ventrês (claros) oscilam com y = A sin(nπx/L) cos(ωt). Laboratório virtual de física gratuito no navegador com medições SI ao vivo e tutorial guiado.
onda estacionária
As reflexões em uma corda fixa criam nós e antinós: o padrão oscila em seu lugar.
Uma onda estacionária é a superposição de duas ondas viajantes idênticas em direções opostas. Os nós têm amplitude zero; os antinós oscilam com amplitude máxima.
- y = A sin(nπx/L) cos(ωt)
- λₙ = 2L/n
Resumo da investigação
Planeje a pergunta antes de abrir o laboratório
O resumo espelha a página pré-renderizada: a pergunta orientadora, as previsões concorrentes, os papéis das variáveis, as leis governantes, a configuração e os prompts de análise e extensão permanecem visíveis e nesta ordem.
Pergunta de direção
Uma corda fixada em ambas as extremidades ressoa em frequências específicas chamadas harmônicos. Como a frequência do 2º e 3º harmônicos se relaciona com a fundamental?
Previsões para pesar
- As frequências harmônicas não seguem um padrão simples em relação à fundamental.
- A frequência de cada harmônico é metade da anterior.
- A frequência de cada harmônico é um múltiplo inteiro da fundamental.
Papéis variáveis
O que você definiu:
- Número harmônico n
O que você mede:
- Frequência fundamental f₁ (Hz)
- Frequência ressonante fₙ (Hz)
Como funciona a investigação
- Abra o preset de corda estacionária e pressione Redefinir. A tensão (120 N), a densidade linear (0.01 kg/m) e o comprimento (1.2 m) são fixos.
- Habilite a leitura da frequência fundamental na corda.
- Defina o número harmônico n para cada tentativa e registre a frequência de ressonância.
Equação governante
Fundamental de onda estacionária de extremidade fixa — f₁ = v/(2L)
Uma corda fixada em ambas as extremidades suporta uma onda estacionária cuja frequência mais baixa (fundamental) depende da velocidade da onda e do comprimento da corda: f₁ = v/(2L).
Série Harmônica — fₙ = n·f₁
Modos ressonantes mais altos ocorrem em múltiplos de números inteiros do fundamental: fₙ = n·f₁. Cada inteiro n corresponde a mais um ajuste de meio comprimento de onda na corda.
O que a planilha para impressão pede aos alunos que resolvam
- Calcule f₁ = √(T/μ)/(2L) usando T = 120 N, μ = 0.01 kg/m, L = 1.2 m, então fₙ = n·f₁ para cada linha. Compare com a tabela.
- Seu gráfico fₙ-vs-n deve ser uma linha reta que passa pela origem com inclinação f₁. Explique por que fixar ambas as extremidades força apenas múltiplos números inteiros de f₁ a ressoar.
Onde isso aparece além do laboratório
- A fundamental de uma corda de violão define a nota que você ouve, mas a corda também vibra em harmônicos mais altos simultaneamente, dando à nota seu timbre. Onde mais neste aplicativo você pode ver vários harmônicos combinados?
- Se você encurtasse a corda para metade do seu comprimento (mantendo a mesma tensão e densidade linear), o que aconteceria com a frequência fundamental? Use f₁ = v/(2L) para explicar.
- AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
- IB Physics — C.4 Standing waves and resonance
- General High School Physics — Waves & sound
- NGSS High School Physics — Wave properties
- Qual padrão?
- Aumente o harmônico
- Capture a ressonância
- Abra os dados
- Explique sua evidência
Abra a simulação interativa para construir a cena, pressione Reproduzir e explore com medições em tempo real e um tutorial guiado.
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