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COMUNICAÇÃO DE INFORMAÇÃO
A
CURTAS DISTÂNCIAS
TRANSMISSÃO DE SINAISVivemos na era das comunicações …
GPS…
Processo de envio propositado de informação
Comunicação
TV Telemóvel
Internet
Pode fazer-se a distâncias curtas
Pode fazer-se a distâncias longas
Emissor
TRANSMISSÃO DE SINAIS
Processo de comunicação
Produz um sinal (que contém a informação a transmitir)
Receptor
Recebe e interpreta esse sinal
O sinal emitido pela fonte propaga-se no espaço, o que requer algum tempo pois essa informação nunca é instantânea
TRANSMISSÃO DE SINAISTransmissão de Informação para o caso do Som
Uma característica que permite detectar sinais à nossa volta é a sua possibilidade de perturbar.
Sinal
TRANSMISSÃO DE SINAIS
Perturbação de qualquer espécie que é usada para comunicar (transmitir) uma mensagem ou parte dela
Em termos formais, é uma função que veicula informação acerca de um determinado fenómeno físico.
TRANSMISSÃO DE SINAIS
Árbitro que levanta a bandeira
Exemplos de sinais:
Duas pessoas a conversarem Mergulhador que
puxa a corda
Sinais de fumo
Toque da campainha na escola
TRANSMISSÃO DE SINAIS
Ao serem emitidos os sinais propagam-se percorrendo certas distâncias
Os sinais sonoros emitidos pelo violino propagam-se na sala do concerto
Os sinais luminosos do farol servem para transmitir informações aos navios que se encontram distantes
Os sinais electromagnéticos propagam-se no espaço até atingir a antena da televisão
Em geral, para comunicar é preciso que uma perturbação se propague.
TRANSMISSÃO DE SINAISComo é que os sinais se propagam?
Os sinais propagam-se no espaço e no tempo por meio de movimentos ondulatórios.
Exemplo: Perturbação na superfície da água.
Quando uma gota cai na superfície da água provoca uma onda circular (a perturbação é transmitida em todas as direcções).
TRANSMISSÃO DE SINAISAo colocarmos uma rolha
sobre a superfície da água, esta movimenta-se para cima e para baixo, enquanto por ela passa o movimento ondulatório.Houve transferência de energia para a rolha por parte da onda
A rolha oscila sem se movimentar na direcção da propagação, isto significa que a água não flúi.
Não há deslocamento de matéria
As ondas produzidas num líquido provocam oscilações nas partículas que o constituem (representadas pelos círculos amarelos)
TRANSMISSÃO DE SINAIS
As oscilações tanto podem ser paralelas como perpendiculares à direcção de propagação do movimento ondulatórioNuma onda há propagação de energia, de uma região do espaço para outra, mas não há deslocamento de matéria. Há apenas oscilações das partículas.Uma onda permite transferir energia, transmitir informação.
Um fenómeno ondulatório caracteriza-se pela existência de uma perturbação inicial que altera localmente uma propriedade física do meio e pela propagação dessa perturbação através do meio
Os sinais podem originar ondas que se propagam no espaço e no tempo.
TRANSMISSÃO DE SINAIS
A propagação de um sinal nunca é instantânea
Esta demora um intervalo de tempo a percorrer uma certa distância
Velocidade de Propagaçãot
xv
TRANSMISSÃO DE SINAISA velocidade de propagação de um sinal varia
consoante o meio em que se propaga.
A velocidade de propagação de uma onda depende das propriedades físicas do meio e não depende da quantidade de energia transferida inicialmente
TRANSMISSÃO DE SINAISResumind
o:Em geral, a interpretação da propagação de um sinal por meio do modelo ondulatório tem algumas características: A transmissão de um sinal faz-se de um ponto para o outro no espaço e no tempo sem que haja transferência de matéria. Há transferência de energia durante a propagação de um sinal. Um sinal demora um certo tempo a percorrer um espaço e, consequentemente, pode ser-lhe atribuída uma velocidade de propagação. Esse sinal transmite-se com velocidade diferente em diferentes meios.
TRANSMISSÃO DE SINAISTipos de
sinais:
Sinais ininterruptos durante um longo período de tempo.
Contínuos
Pulsos
Sinais de curta duração que ocorrem em intervalos de tempo reduzidos e em diferentes instantes
TRANSMISSÃO DE SINAIS
Tipos de sinais:
Periódicos
Sinais que são repetidos ao fim de intervalos de tempo iguais
Não periódicos (aperiódicos)
Sinais que se repetem mas em intervalos de tempo diferentes.
TRANSMISSÃO DE SINAISAs ondas podem ser classificadas em relação
ao meio de propagação e em relação ao modo de propagação
TRANSMISSÃO DE SINAISExemplos de ondas
longitudinais Ondas sonoras Ondas sísmicas no interior da Terra
Exemplos de ondas transversais Ondas electromagnéticas Ondas sísmicas à superfície da TerraUm caso particular: a onda
sinusoidalAs vibrações das cordas de uma guitarra produzem no meio elástico (ar) perturbações rítmicas, regulares e contínuasOriginam sinais sonoros que são periódicos.
TRANSMISSÃO DE SINAISUm caso particular: a onda
sinusoidalUm sinal repetido a intervalos regulares origina uma onda periódica.
Período (T) - Intervalo de tempo correspondente a uma vibração completa ou ciclo. Exprime-se em segundos, no SI
Características das ondas
Frequência (f) - Número de vibrações ou, cic1os, efectuadas por unidade de tempo.Exprime-se em segundo-1 ou hertz, no SI
Comprimento de onda () - Distância entre dois pontos consecutivos, na mesma fase de vibração.Exprime-se em metros, no SI.Velocidade de onda (v) - Quociente entre a distância percorrida e o intervalo de tempo correspondente.Exprime-se em metro por segundo, no SIAmplitude (A) - Deslocamento máximo, em relação à posição de equilíbrio. Exprime-se em metro, no SIIntensidade da onda (I) - é proporcional ao quadrado da amplitude da onda. É a energia por unidade de tempo e por unidade de área
TRANSMISSÃO DE SINAIS
TRANSMISSÃO DE SINAIS T
f1
fv
Tv
1
Relação entre a frequência e o período de uma ondaRelação entre a velocidade, frequência e o comprimento de ondaRelação entre a velocidade, o comprimento de onda e o período
Uma onda é caracterizada pela sua frequência (f), pois esta grandeza é independente do meio onde a onda se propaga. A periodicidade no tempo de uma onda periódica associa-se ao respectivo período.
A periodicidade no espaço de uma onda periódica associa-se ao seu comprimento de onda
TRANSMISSÃO DE SINAISExemplo
1Um bloco de massa m, assente num plano horizontal sem atrito, encontra-se preso a uma mola. Se, ao puxarmos a mola, o afastarmos da posição de equilíbrio e o abandonarmos em seguida, o bloco passará a executar oscilações livres, em torno dessa posiçãoO corpo executa um movimento oscilatório harmónico simples.
TRANSMISSÃO DE SINAISO deslocamento do corpo que oscila pode ser
descrito em função do tempo. Como o movimento é periódico, é de esperar que as leis do movimento sejam expressas por funções igualmente periódicas.A elongação, (o afastamento em relação à posição de equilíbrio), em cada instante pode ser descrito pela função y = f (t) :
y = A sen w t
Unidades no Sistema Internacional
Y – Elongação do corpo oscilante. O seu valor máximo coincide com A e o mínimo com -A
metro (m)
A – Amplitude das oscilações
metro (m)
W – Velocidade angular ou frequência angular
radiano por segundo (rads-1)
t – Tempo
segundo (s)
TRANSMISSÃO DE SINAISf
Tw
22
T é o período do movimento periódico e f é a respectiva frequência
Nota: As funções trigonométricas senos e co-senos são chamadas funções harmónicas. Por isso, os movimentos descritos pela lei anterior são chamados harmónicos.Exemplo
2
Onda harmónica - representa a propagação de um sinal harmónico simples com uma dada frequência.
TRANSMISSÃO DE SINAIS
O sinal de rádio é um sinal harmónico caracterizado pela sua frequência (a frequência desse sinal não varia entre o emissor e o receptor).
O período, T, a frequência, f, e a amplitude, A, de uma onda harmónica dependem do sinal emitido pela fonte Duas ondas da mesma frequência, propagando-se em meios diferentes, possuem comprimentos de onda diferentes, pois v = f
O comprimento de onda, ,
depende da fonte e das propriedades do meio.
Há muitos tipos de ondas harmónicas. Mas todas têm uma origem comum: um sinal harmónico proveniente de um oscilador.
Som – produção e propagação de um sinal sonoroTodos os sons são produzidos por fontes sonoras.Um diapasão é constituído por uma
barra de aço que tem duas extremidades em forma de U. Cada diapasão emite sempre o mesmo som quando tocas nele com um marteloO elástico produz sons quando o puxas e
depois o largas rapidamente
Uma lâmina metálica produz sons quando puxas a extremidade livre e, em seguida a soltas
Da vibração do elástico, do diapasão e da lâmina metálica produzem-se sons
Som – produção e propagação de um sinal sonoroNas fontes sonoras ocorrem vibrações de meios
materiais elásticos que se transmitem por ondas.
Sinal sonoro
Resultado de uma vibração
Pode originar
Onda periódica
Pode visualizar-se a onda sonora produzida por um diapasão e medir-se a sua frequência de vibração num osciloscópio
A frequência e a amplitude da fonte sonora determinam a frequência e amplitude da onda sonora
Como se interpreta o mecanismo de propagação do sinal sonoro como uma onda longitudinal?O som a propagar-se num meio mecânico é semelhante
a uma onda longitudinal a propagar-se ao longo de uma molaExistem
sucessivas compressões/rarefacções das partículas do meio.
Existem grupos de espiras alternadamente comprimidas ou distendidas (que voltam a um mesmo estado de compressão ou distensão).
Som – produção e propagação de um sinal sonoro
Tal como numa mola, o sinal sonoro propaga-se por sucessivas compressões e rarefacções das partículas do meio
Diapasão a vibrar
Som – produção e propagação de um sinal sonoroComo se interpreta o mecanismo de propagação do sinal sonoro como uma onda longitudinal?
A onda sonora formada a partir da extremidade do diapasão, produz um vaivém alternado das partículas do ar
cada molécula efectua deslocamentos infinitesimais em torno da posição de equilíbrio (gráfico A).
Som – produção e propagação de um sinal sonoroComo se interpreta o mecanismo de propagação do sinal sonoro como uma onda longitudinal?
Como consequência desses movimentos, o meio experimenta variações periódicas de pressão
a pressão do ar, em cada local, varia alternadamente, aumentando e diminuindo no decorrer do tempo (gráfico B).
Som – produção e propagação de um sinal sonoro
Como se interpreta o mecanismo de propagação do sinal sonoro como uma onda longitudinal?
Som – produção e propagação de um sinal sonoro
Como se interpreta o mecanismo de propagação do sinal sonoro como uma onda longitudinal?
A variação de pressão é nula quando o deslocamento devido ao vaivém da molécula a vibrar tem o valor máximo.
A comparação entre os dois gráficos permite afirmar:
A variação de pressão é máxima quando o deslocamento da molécula a vibrar é nulo.
É curioso que o gráfico B tenha um aspecto transversal. No entanto, representa uma onda longitudinal. A curva representa o aumento ou a diminuição da pressão do ar e não o movimento do ar para cima e para baixo.
Som – produção e propagação de um sinal sonoro
Nos meios gasosos é costume caracterizar a propagação dos sinais sonoros pelas variações de pressão
Isto porque são essas variações de pressão que permitem a detecção dos sinais, quer pelos ouvidos, quer por microfones
O sinal sonoro resulta da vibração de um meio mecânico ou de uma perturbação mecânica que se propaga até aos detectores (que podem ser os nossos ouvidos ou por exemplo um microfone), através de ondas que são um caso particular de ondas longitudinais.
Som – produção e propagação de um sinal sonoroA velocidade de propagação das ondas sonoras é independente da fonte sonora
Depende da natureza do meio material elástico que vibra.
A velocidade de propagação do som nos sólidos é maior do que nos líquidos, sendo menor nos gases
No ar, para qualquer frequência, a velocidade de propagação do som depende das condições atmosféricas, tais como a humidade e a temperatura É independente da
frequência
Som – produção e propagação de um sinal sonoro
As ondas sonoras não se propagam no vazio – é sempre necessário um meio material para o som se propagar.
O som ou qualquer onda mecânica é um fenómeno de transferência de energia entre as partículas constituintes de um meio material elástico, sem que exista transporte destas.
A vibração do ar atinge os ouvidos de quem escuta mas o ar não se move até eles
Som – produção e propagação de um sinal sonoroEspectro
sonoroO espectro sonoro é o conjunto das frequências de todas as ondas sonoras
Som – produção e propagação de um sinal sonoroOs sons são percepcionados de maneira diferente pelos diversos animais
Os infra-sons e os ultra-sons não provocam sensação auditiva no ouvido humano
Som – produção e propagação de um sinal sonoro
Propriedades do som
Altura
Está associada à frequência da onda sonora Quanto maior a frequência, mais agudo é o som Quanto menor a frequência, mais grave é o som
Altas frequências: Sons agudos
Baixas frequências: Sons graves
Som – produção e propagação de um sinal sonoro
Propriedades do som
Intensidade
Está associada à amplitude da onda sonora Quanto maior a amplitude da onda, mais forte é o som
Som fraco: pequena amplitude
Som forte: grande amplitude
Som – produção e propagação de um sinal sonoro
Propriedades do som
Som – produção e propagação de um sinal sonoro
Propriedades do som
Som – produção e propagação de um sinal sonoroPropriedades do som
Timbre
Está associado à complexidade do som Depende da forma da onda sonora Permite distinguir os sons produzidos por diferentes instrumentos
FIM