PhysicsWaves for iOS

Descrição

O aplicativo Waves consiste em uma coleção de cinco simulações diferentes que lidam com ondas viajantes, ondas estacionárias e batidas. Existem duas simulações de ondas viajantes diferentes, uma para ondas transversais e outra para ondas longitudinais. Há também duas simulações para ondas estacionárias, uma para ondas transversais e outra para ondas longitudinais.

Simulação 1 - Ondas Viajantes Transversais. Duas ondas viajantes independentes são mostradas. Você pode ajustar a amplitude e a frequência de cada uma das ondas individualmente. Isso simula o movimento das ondas viajando ao longo das cordas, para que você também possa investigar como o ajuste da tensão aplicada a uma corda e/ou o peso da corda (através da massa por unidade de comprimento) afeta a onda nessa corda.

Simulação 2 - Ondas Estacionárias Transversais. Este é um modelo de ondas estacionárias em uma corda que é fixa (em outras palavras, mantida no lugar) em ambas as extremidades. Um exemplo de tal corda seria uma corda de violão ou uma corda de piano. Usando os botões, você pode escolher entre mostrar a onda estacionária fundamental (frequência mais baixa) ou mostrar o segundo, terceiro, quarto ou quinto harmônico da fundamental. As frequências dos harmônicos são múltiplos inteiros da frequência da fundamental. Observe que a onda estacionária é uma superposição (soma) de duas ondas viajantes idênticas, uma se movendo para a direita e outra para a esquerda. Como a corda é fixa em ambas as extremidades, as ondas estacionárias devem ter nós (pontos de movimento zero) nas extremidades.

Simulação 3 - Batidas. O fenômeno das batidas é outro exemplo de superposição. Neste caso, as duas ondas têm frequências ligeiramente diferentes, de modo que gradualmente passam de completamente em fase uma com a outra (onde a onda resultante tem uma grande amplitude) para completamente fora de fase uma com a outra (onde a onda resultante tem uma pequena amplitude) para voltar à fase novamente. A subida e descida do volume da onda é o que chamamos de batimentos - a frequência de batimento é igual à diferença de frequência entre as duas ondas individuais.

Simulação 4 - Onda viajante longitudinal. Esta é uma simulação de como as ondas sonoras se propagam através do ar. A parte superior da tela mostra uma representação transversal da onda viajante, com a representação longitudinal abaixo dela. A onda longitudinal é mostrada passando por um tubo, mas o tubo não é necessário. O movimento dos pontos representa o movimento médio de todas as moléculas de ar que estão na vizinhança dos pontos. Observe que não há fluxo líquido de moléculas de ar em qualquer direção - as moléculas oscilam em torno de uma posição de equilíbrio, em média, para transferir a energia da onda através do ar.

Simulação 5 - Ondas estacionárias longitudinais. Esta simulação mostra algumas das várias ondas estacionárias que podem ocorrer em um tubo - este é um modelo do que acontece em instrumentos de sopro, como tubos de órgão, flautas, etc. Como na simulação 4, a parte superior da tela mostra uma representação transversal de a onda estacionária, com a representação longitudinal mostrada abaixo. A extremidade esquerda do tubo está sempre aberta nesta simulação, e você pode escolher entre deixar a extremidade direita aberta ou fechá-la. Em uma extremidade aberta, as moléculas de ar estão livres para se mover, e a onda estacionária tem um anti-nó (um ponto de deslocamento máximo do equilíbrio) para o deslocamento da molécula. Em uma extremidade fechada, as moléculas não estão livres para se mover, então a onda estacionária tem um nó para deslocamento de moléculas (ou seja, as moléculas não se movem para lá). Isso leva a diferentes condições de ressonância para o tubo, de modo que as frequências que produzem ondas estacionárias em um tubo aberto são diferentes das frequências que produzem ondas estacionárias quando o tubo tem uma extremidade fechada.