O que ocorre com um pulso de onda numa corda, submetida a uma tração
, ao atingir uma extremidade fixa? Há mudança de fase? Explique fisicamente.
Passo 1
Vamos resumir o que a questão está perguntando. Temos um pulso de onda numa corda que está sob uma força de tração
. Esse pulso chega a uma extremidade que está fixa. A pergunta é: o que acontece com o pulso quando ele atinge essa extremidade fixa? Além disso, queremos saber se há uma mudança de fase no pulso refletido e entender o porquê disso fisicamente. Para resolver isso, vamos precisar entender conceitos básicos sobre ondas em cordas e reflexões em extremidades fixas.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que uma onda em uma corda transmite energia pela vibração das partículas da corda. Quando um pulso se propaga ao longo da corda e encontra uma extremidade, ele pode ser refletido de volta. O comportamento dessa reflexão depende do tipo de extremidade que a onda encontra: pode ser fixa ou livre.
Passo 3
No caso de uma extremidade fixa, a ponta da corda não pode se mover. Quando o pulso, que inicialmente faz a corda se mover para cima ou para baixo, chega nessa extremidade, a corda tenta voltar ao seu estado de equilíbrio. Para isso, o pulso refletido se move na direção oposta e se inverte em relação ao pulso original.
Passo 4
A inversão do pulso significa que se o pulso incidente fez a corda se mover para cima, o pulso refletido fará com que a corda se mova para baixo, e vice-versa. Essa inversão é o que chamamos de mudança de fase. Especificamente, a fase do pulso refletido está deslocada em
(ou
radianos) em relação ao pulso incidente.
Passo 5
Essa mudança de fase ocorre porque a extremidade fixa impõe uma condição de contorno que obrigatoriamente mantém a corda em repouso naquele ponto. Para satisfazer essa condição, o pulso refletido deve ter o sentido oposto ao pulso incidente, garantindo que a extremidade fixa não se mova.
Resposta
Quando um pulso de onda numa corda sob tração
atinge uma extremidade fixa, ele é refletido invertido, ou seja, há uma mudança de fase de
fisicamente explicada pela impossibilidade de movimentação da extremidade fixa.