Você já deve ter brincado alguma vez de pular corda, com
uma extremidade da corda presa num suporte e a outra na
mão de seu amigo. O seu amigo produz um pulso na
extremidade da corda, ou seja, uma perturbação, que
vai se propagar por todos os pontos da corda.
Outro exemplo que podemos citar é o de uma gota
lançada na superfície das águas calmas e tranqüilas.
Nota-se que, a partir daquele ponto, pulsos se
movimentam em círculo, afastando-se dele e vibrando
todos os pontos do meio.
Os fenômenos vistos são chamados de pulsos e consistem
em perturbações dadas a um meio, que serão objeto de
estudo neste capítulo. A onda é uma sucessão de pulsos.
Ondulatória (ondas)
Ondulatória é a parte da Física que
estuda as ondas. Qualquer onda pode ser
estudada, seja a onda do mar, ou ondas
eletromagnéticas, como a luz.
Pulso: é uma perturbação dada num meio, que vai se
propagar através deste, sem carregar matéria, apenas
transportando energia. Quando provocamos uma
perturbação no meio, estamos fornecendo energia
que, de alguma forma, precisa se manifestar, e esta
manifestação se dá através do pulso.
Os pontos da corda oscilam, porém não são carregados pelo pulso.
Podemos verificar isso fazendo um barquinho de papel e
colocando-o num recipiente contendo água. Ao
produzirmos uma onda na superfície da água, notamos
que quando essa onda passar pelo barco, este vai apenas
subir e descer, porém não será arrastado pela água,
porque ela não se movimenta horizontalmente e sim oscila
verticalmente, para permitir a passagem da perturbação.
Conceito de Onda: uma onda é uma sucessão periódica de
pulsos, ou seja, quem produz o pulso (fonte de onda) o faz
continuamente e no mesmo ritmo. Uma onda é uma
perturbação que se propaga. Algo que se movimenta pelo
espaço e transmite energia, sem a propagação de matéria.
Esta definição de onda ficará mais clara ao longo do texto,
onde vamos iniciar o estudo da ondulatória. A definição de
onda é qualquer perturbação (pulso) que se propaga em um
meio. Ex: uma pedra jogada em uma piscina (a fonte)
provocará ondas na água, pois houve uma perturbação. Essa
onda se propagará para todos os lados, quando vemos as
perturbações partindo do local da queda da pedra, até ir à
borda. Uma sequência de pulsos forma as ondas.
A onda transporta energia e não a matéria do meio.
A onda não é capaz de se originar sozinha, visto que ela
apenas faz a transferência de energia cinética de uma fonte.
Chamamos de Fonte qualquer objeto que possa criar ondas.
A onda é somente energia, pois ela só faz a transferência de
energia cinética da fonte, para o meio. Portanto, qualquer
tipo de onda não transporta matéria.
No estudo da ondulatória é importante entender as
classificações das ondas. As ondas podem ser
classificadas seguindo três critérios:
1. Quanto à Natureza
(dois tipos: Ondas Mecânicas ou Ondas
Eletromagnéticas)
2. Classificação em relação à direção de propagação
(três tipos: Ondas unidimensionais, Ondas
bidimensionais ou Ondas tridimensionais)
3. Quanto à Direção de Vibração ou quanto à Forma:
(dois tipos: Ondas Longitudinais ou Ondas
Transversais)
No estudo da ondulatória é importante entender as classificações das ondas. As ondas podem ser classificadas seguindo
três critérios:
Classificação das ondas segundo a sua Natureza
1. Quanto à Natureza, as ondas podem ser dividas em dois
tipos:
- Ondas Mecânicas: são todas as ondas que precisam de um
meio material para se propagar. Por exemplo: ondas no mar,
ondas sonoras, ondas em uma corda, etc.
- Ondas Eletromagnéticas: são ondas que não precisam de
um meio material para se propagar. Elas também podem se
propagar em meios materiais. Exemplos: luz, raios-X, sinais
de rádio ... (Diferenciar ondas mecânicas e eletromagnéticas.)
2. Classificação em relação à direção de propagação
As ondas podem ser dividas em três tipos, segundo as
direções em que se propaga:
-Ondas unidimensionais: só se propagam em apenas uma
direção (uma dimensão), ou seja, uma reta, como a onda em
uma corda ou como as oscilações de uma mola, por
exemplo.
-Ondas bidimensionais: se propagam em duas direções (x e y
do plano cartesiano), como a onda provocada pela queda de
um objeto na superfície da água.
- Ondas tridimensionais: se propagam em todas as direções
possíveis, como ondas sonoras, a luz, etc.
3. Classificação quanto à Direção de Vibração ou quanto à
Forma:
- Ondas Longitudinais: são as ondas que se propagam num
meio de forma que a direção de vibração coincide com a
direção de propagação. São as ondas onde a vibração da
fonte é paralela ao deslocamento da onda. Exemplos de
ondas longitudinais são as ondas sonoras (o alto falante
vibra no eixo x, e as ondas seguem essa mesma direção),
etc.
- Ondas Transversais:
são ondas que se
propagam de forma
que a sua direção de
propagação é perpendicular à direção de
vibração. Ex.: ondas
eletromagnéticas,
ondas em uma
corda (você balança
a mão para cima e
para baixo para
gerar as ondas).
Características das ondas
Os pontos B e F são
chamados de crista ou
picos.
Os pontos D e H são
chamados depressões ou
vales.
A distância entre duas
cristas ou entre dois vales é
chamada de comprimento
de onda e representada
pela letra grega λ (lambda).
Todas as ondas possuem algumas grandezas físicas,
que são:
-Comprimento de Onda (λ): é o tamanho de uma onda,
que pode ser medida em três pontos diferentes: de
crista a crista, do início ao final de um período ou de
vale a vale. Crista é a parte alta da onda e vale a parte
baixa. É representado no SI pela letra grega lambda (λ).
-Amplitude: é a “altura” da onda, é a distância entre o
eixo da onda até a crista. Quanto maior for a amplitude,
maior será a quantidade de energia transportada.
- Frequência(f): é o número de oscilações da onda, por
certo período de tempo. A unidade de frequência do
Sistema Internacional (SI), é o hertz (Hz), que equivale
a 1 segundo, e é representada pela letra f. Então,
quando dizemos que uma onda vibra a 60Hz, significa
que ela oscila 60 vezes por segundo. A frequência de
uma onda só muda quando houver alterações na fonte.
- Período(T): é o tempo necessário para a fonte produzir
uma onda completa. No SI, é representado pela letra T,
e é medido em segundos.É possível criar uma
equação relacionando a frequência e o período de uma
onda:
ou T = 1/f
-Velocidade: todas as ondas possuem uma velocidade, que
sempre é determinada pela distância percorrida, sobre o
tempo gasto. Podemos agora definir o conceito de
Velocidade de Propagação da Onda. Mas antes, é importante
saber que só podemos aplicar, para o estudo da velocidade
de propagação da onda, o conceito de Velocidade Média,
pois a velocidade de propagação não pode ser vetorial. Logo,
a velocidade de propagação será obtida dividindo o espaço
percorrido pela onda pelo intervalo de tempo utilizado pela
onda para fazer este percurso.
V=∆s/∆T . Nas ondas, essa equação fica:
ou v = λ . 1/T
ou v = λ . f (f = 1/T)
Reflexão, Refração e Difração de uma onda
REFLEXÃO
Toda onda quando se depara com um obstáculo irá continuar sua
propagação, porém em sentido contrário e com a mesma
intensidade. Isso ocorre devido à lei da Ação e Reação. Quando a
extremidade em que a onda se propaga é fixa, a reflexão ocorrerá
de forma inversa à normal, porém quando a extremidade for móvel
ou livre, a reflexão retorna da mesma forma, sem inversão. Um
bom exemplo de reflexão de ondas é o eco. Quando falamos em
grandes espaços livres, onde existe um grande obstáculo, o som
que emitimos é refletido, dando esse som característico.
Reflexão, Refração e Difração de uma onda
REFRAÇÃO
Quando uma onda se propaga passando de um meio para outro,
ela sofrerá uma mudança de velocidade e direção de propagação.
Esse fenômeno é chamado de refração. Assim, quando dizemos
que uma onda se refratou ao passar de um meio para outro,
queremos dizer que sua velocidade foi alterada e sua direção
sofreu uma mudança de sentido, passando para o outro meio.
O outro fenômeno relativo às mudanças que ocorrem nas ondas é a
DIFRAÇÃO.
Um exemplo claro desse fenômeno é quando duas pessoas, separadas
por um muro, conversam.
Neste caso, as ondas iriam refletir para a mesma pessoa (reflexão), ou
passar pelo muro (refração), porém a intensidade seria bastante menor.
O fato é que a pessoa do outro lado do muro escuta perfeitamente bem
o que a outra diz, isso se dá devido ao fenômeno da DIFRAÇÃO.
A difração é a propriedade que a onda possui de contornar o obstáculo
e se propagar.
Quanto maior o comprimento da onda, mais fácil será sua difração, já
que em alguns casos de ondas muito pequenas, elas provavelmente
não conseguirão se difratar.
Absorção é o fenômeno em que a propagação da onda é
interrompida por um obstáculo. Ex: efeito luminoso da lampada