RESSONÂNCIA MECÂNICA

FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA
Projeto de Pesquisa da Primeira Série
Série: Primeira
Curso: Eletrotécnica
Turma: 2111
Sala: 232
Início: 02 de junho de 2009
Entrega: 25 de agosto de 2009
Aluno: Aline Feltes (01)
Aluno: Etiele Pagel (11)
Aluno: Caroline Vier (05)
Aluno: Paula dos Santos (29)
Orientador: Prof. Cícero M. T. Júnior Co-orientador: Prof. Deise Heck
RESSONÂNCIA MECÂNICA
1. INTRODUÇÃO:
A idéia de fazer um trabalho sobre Ressonância surgiu no dia em que fomos visitar o
Museu da PUC de Porto Alegre. Lá vimos diferentes experiências e projetos, onde
escolhemos uma em especial, para nos basear e criar um projeto em cima do assunto
escolhido. Escolhemos Ressonância, pois nos chamou atenção por causa de algo tão
extraordinário que está sempre presente em nossa vida. Desde um simples dedilhar no violão
até uma avalanche nos altos picos. É um fenômeno incrível, digno de uma profunda pesquisa,
para entender melhor seu funcionamento e causas.
1.1 TEMA:
O tema que escolhemos na visita ao Museu da PUC de Porto Alegre foi o fenômeno
Ressonância Mecânica. Para compreendermos melhor a ressonância estudaremos oscilações
(pêndulos), movimentos periódicos e ondas.
1.2 JUSTIFICATIVA:
Durante o século XIX, em todo mundo, caíram pelo menos dez pontes pênseis. A
partir disso, foram feitos inúmeros estudos a respeito, possibilitando a compreensão das
causas dessas catástrofes e aprofundando o que já se sabia sobre Ressonância. A partir daí,
percebe-se a necessidade de estudar e pesquisar cada vez mais o assunto.
1.3 DELINEAMENTO:
A metodologia que iremos usar neste projeto é a pesquisa bibliográfica, seguida de
uma montagem experimental na qual aplicaremos os conhecimentos adquiridos para melhor
compreensão.
1.4 PROBLEMA:
É possível mostrar e explicar o fenômeno Ressonância, através de uma simples
experiência mecânica?
1.5 OBJETIVO:
Construir uma experiência simples, capaz de mostrar as pessoas o que é Ressonância
Mecânica.
2. CONTEXTUALIZAÇÃO DA PESQUISA:
Segundo Greco, 2008, p. 9:
Ressonância mecânica ou simplesmente ressonância é o fenômeno físico em que se
registra a transferência de energia de um sistema oscilante para outro quando
a freqüência do primeiro coincide com uma das freqüências próprias do segundo.
Nessas frequências, até mesmo forças periódicas pequenas podem produzir
vibrações de grande amplitude, pois o sistema armazena energia vibracional.
Quando o amortecimento é pequeno, a frequência de ressonância é
aproximadamente igual a frequência natural do sistema, o que é a frequência de
vibrações livres. O fenômeno da ressonância ocorre com todos os tipos de vibrações
ou ondas; mecânicas (acústicas), eletromagnéticas, e funções de onda quântica.
Sistemas ressonantes podem ser usados para gerar vibrações de uma frequência
específica, ou para obter frequências específicas de uma vibração complexa
contendo muitas frequências. A ressonância é semelhante ao eco. Este fenômeno
tem aplicações importantes em todas as áreas da ciência, sempre que há a
possibilidade de troca de energia entre sistemas oscilantes.A aplicação mais palpável
é na área das telecomunicações, em que as ondas eletromagnéticas atuam como
intermediárias na transmissão das informações do transmissor até o(s) receptor(es),
constituindo-se o que se chama sinal e também é usada na Medicina.
2.1 CONTEXTUALIZAÇÃO HISTÓRICA:
A Ressonância foi descoberta em 1602, por Galileu Galilei, quando ele estudava
pêndulos. Os físicos que mais contribuíram para o desenvolvimento da Ressonância foram:
Galileu Galilei, Félix Block, Edward Purcell e Jasper Johns. Um dos fatos mais importantes
ocorridos sobre o assunto foi a queda da ponte pênsil de Tacoma, cidade americana às
margens do pacífico. Durante o século XIX, em todo mundo, caíram pelo menos dez pontes
pênseis. Mas o acidente mais célebre ocorreu em 1940, com a ponte de Tacoma, poucos dias
após a sua inauguração. A ponte tinha 2800 metros de comprimento e havia custado uma
fortuna. Após este acontecimento foram realizados vários estudos a respeito, possibilitando a
compreensão das causas dessa catástrofe e impedindo que outras semelhantes se repetissem.
2.2 CONTEXTUALIZAÇÃO TECNOLÓGICA:
Após o acidente com a ponte de Tacoma, em 1940, foram realizados inúmeros estudos
sobre Ressonância, o que, além de possibilitar o entendimento das causas da catástrofe,
ajudou a impedir que outras catástrofes iguais acontecessem. Aprofundou-se o conhecimento
sobre Ressonância e, com o avanço da tecnologia, passou-se a construir pontes e prédios que
não entrassem em ressonância com o vento. A partir desse desenvolvimento tecnológico, a
Petrobrás também iniciou muitos estudos sobre o assunto, para construir suas plataformas de
modo que elas não entrem em ressonância com o mar.
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
É o fenômeno físico em que se registra a transferência de energia de um sistema
oscilante para outro quando a freqüência do primeiro coincide com uma das freqüências
próprias do segundo.
A fundamentação teórica necessária para compreendermos a ressonância mecânica
envolve conhecimentos sobre oscilações (pêndulos), movimentos periódicos (MHS) e ondas.
3.1 OSCILAÇÕES (PÊNDULOS):
Um pêndulo simples é um instrumento ou uma montagem que consiste num objeto
que oscila em torno de um ponto fixo. O braço executa movimentos alternados em torno da
posição central, chamada posição de equilíbrio. O pêndulo é muito utilizado em estudos
da força peso e do movimento oscilatório. As oscilações de um pêndulo simples dependem de
alguns fatores: da massa, do lugar em que ele está preso, do material que faz ele oscilar e do
seu comprimento.
3.2 MOVIMENTOS PERIÓDICOS (MHS):
O movimento periódico é todo aquele que se repete identicamente em intervalos de
tempo iguais. E até mesmo, forças periódicas pequenas podem produzir vibrações de grande
amplitude, pois o sistema armazena energia vibracional.
3.3 ONDAS:
E ondas são perturbações que se propagam no espaço ou em qualquer outro meio. O
fenômeno da ressonância ocorre com todos os tipos de vibrações ou ondas; mecânicas
(acústicas), eletromagnéticas, e funções de onda quântica. Onde a ressonância é semelhante ao
eco.
4. METODOLOGIA
Pretendemos detalhar como iremos resolver o problema de nossa pesquisa nesse item.
Isso inclui uma proposta de solução, um orçamento e um cronograma, que serão especificados
a seguir.
4.1 PROPOSTAS DE SOLUÇÃO:
O problema de nossa pesquisa é: “como podemos construir um experimento simples
para mostrar a todos o que é ressonância mecânica?” Aqui, mostraremos a solução.
Para podermos confeccionar nosso experimento teremos que fazer dois triângulos de
madeira, de 30 cm cada, e afastá-los na medida de 50 cm de distância de cada um. Dentro
desse espaço, colocaremos no topo desses triângulos, um pedaço de arame que vai de uma
ponta à outra, e nesse arame colocaremos quatro pedaços de barbantes, de comprimentos
iguais dois a dois, com uma chumbada presa a eles. Observe o exemplo abaixo:
4.2 ORÇAMENTO:
Pelo orçamento que estamos fizemos, concluímos que não iremos gastar muito
dinheiro com nosso experimento, pois, a maioria dos materiais nos será doado, e nós mesmas
conseguiremos montá-lo, não tendo custos com pessoas não relacionadas à pesquisa. Segue
agora nosso orçamento:
Material
Orçamentos
Tabela 1 Melhor preço
Custo
Arame
Barbante
Tinta
Pregos
Chumbada
Doada por Caroline
Doado por Aline
Doada por Etiele
Doados por Caroline
Doadas por Paula
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
4.3 CRONOGRAMA:
Este cronograma prevê as datas de realização e execução das atividades da pesquisa:
Atividades
Visita ao Museu da PUC
Entrega do trabalho, onde
continham as três
experiências escolhidas
Escolha do experimento
Início (introdução) do
trabalho sobre a experiência
Contextualização da
pesquisa
Fundamentação teórica da
pesquisa
Metodologia da pesquisa
Finalização da pesquisa
Início da fabricação do
experimento
Ensaios para a apresentação
do trabalho
Apresentação do trabalho e
experimento à turma
Tabela 2 Abr Mai Jun Jul
01 16 01 16 01 16 01 16
a a a a a a a a
15 30 15 31 15 30 15 31
X
X
Ago
01 16
a a
15 31
Set
01 16
a a
15 30
Out
01 16
a a
15 31
Nov
01 16
a a
15 30
Dez
01 16
a a
15 31
X
X
X
X
X
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X
X
X
REFERÊNCIAS:
GRECO, Bruno F., Vibrações e construções: conceito de ressonância. Disponível on line:
<http://www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/F809_sem1_2008/
BrunoFG-Ugarte_RF2.pdf> Acessado em: 22/08/09.
RESSONÂNCIA. Disponível on line: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Ressonância> Acessado
em: 23/06/09.
PÊNDULO. Disponível on line: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Pêndulo> Acessado em:
18/08/09.
PONTE PÊNSIL. Disponível on line: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Ponte_pênsil> Acessado
em: 25/06/09.
A PONTE QUE CAIU. Disponível on line:
<http://www.seara.ufc.br/tintim/fisica/ressonancia/ressonancia6.htm> Acessado em: 25/06/09.
ONDA. Disponível on line: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Onda> Acessado em:18/08/09.
MOVIMENTO PERIÓDICO. Disponível on line:
<http://pt.wikipedia.org/wiki/Movimento_periódico> Acessado em: 18/08/09.
GASPAR, Alberto. Física. São Paulo: Ática, 2001, 496 p., volume único.