Ondas

Ondas são perturbações oscilantes que se propagam através de um meio, podendo ser líquido, sólido ou gasoso, e que não transportam massa, apenas energia.

Algumas ondas conseguem até mesmo se propagar no vácuo, como a radiação eletromagnética.

Na Física, o estudo das ondas é chamado de ondulatória.

O responsável por causar a onda é chamado de fonte. Como exemplo, podemos ter uma pessoa balançando uma corda com a mão, gerando um movimento oscilatório, cuja fonte seria a mão.

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Tipo de ondas

As ondas são divididas em dois tipos, são elas:

Ondas Mecânicas

São ondas que se propagam apenas em um meio material, e obedecem às leis de Newton.

Exemplos: Som, ondas sísmicas em um terremoto, ondas do mar, cordas de um violão sendo tocadas.

Ondas Eletromagnéticas

São ondas que se propagam na mesma velocidade no vácuo, e essa velocidade é a velocidade da luz \((c = 3.10^{8} m/s)\).

Características das ondas

O mínimo da onda, ou seja, a parte mais baixa é denominado de vale, e o máximo da onda, ou seja, a parte mais alta é denominado de crista. Além disso, temos as seguintes grandezas:

Comprimento de onda

É a distância entre dois vales, ou entre duas cristas. Ele sempre é representado por lambda \(\lambda\).

Amplitude

É a distância entre o ponto de repouso da onda, até uma crista.

Frequência

É o número de oscilações em um dado intervalo de tempo. É importante saber que a frequência de onda nunca vai depender do meio em que ela se propaga, e sim da fonte. É representado pela letra f. Sua unidade usual é Hertz (Hz), que é igual ao inverso do segundo \((s^{-1})\).

Período

Corresponde ao intervalo de tempo de uma unidade de comprimento de onda. É dado pelo inverso da frequência.

Velocidade

É a velocidade da onda no meio, e essa grandeza vai depender do meio em que ela está se propagando.

Fórmulas das ondas

Abaixo seguem algumas fórmulas importantes na ondulatória:

Relação entre frequência e período

T = \(\frac{1}{f}\)

Frequência angular

Frequência angular é dada por radianos por segundo, e se relaciona com a frequência f da seguinte forma:

f = \(\frac{\omega}{2\pi}\)

Velocidade de propagação da onda

v = \(\lambda.f\)

v = \(\frac{\lambda}{T}\)

Velocidade de propagação da onda em uma corda esticada

v= \(\sqrt{\frac{\tau }{\mu}}\)

Onde \(\tau\) é a tensão da corda em Newtons e \(\mu\) é a densidade linear da corda.

Velocidade de propagação do som

v= \(\sqrt{\frac{B }{\rho}}\)

Onde B é o módulo da elasticidade volumétrico, e \(\rho\) é a densidade volumétrica do meio em que a onda se propaga.

Classificação das ondas

Temos dois tipos diferentes de classificações, uma leva em conta a direção de vibração, e outra leva em conta a direção de propagação.

Direção de vibração 

• Ondas transversais: São ondas em que a vibração acontece perpendicularmente à direção de propagação da onda. 

Exemplos: Corda, ondas eletromagnéticas.

• Ondas Longitudinais: São ondas em que a vibração ocorre na mesma direção que a propagação da onda.

Exemplo: Ondas sonoras.

Direção de propagação

• Ondas unidimensionais: São ondas que se propagam apenas em uma única direção.

Exemplo: Corda de violão vibrando.

• Ondas bidimensionais: São ondas que se propagam em duas dimensões, ou seja, em um plano.

Exemplo: uma pedra sendo jogada em um lago gerando ondas.

• Ondas tridimensionais: São ondas que se propagam em três dimensões.

Ondas sonoras no nosso dia a dia.

Fenômenos físicos

Em certas situações, ondas podem sofrer um comportamento comum entre elas, sendo:

Reflexão

Quando a onda atinge uma superfície com alto índice de reflexão, ela pode voltar no sentido contrário que veio.

O comprimento de onda, a frequência e a velocidade de propagação não se alteram durante a reflexão.

Exemplos desse fenômeno são ver nossa própria imagem em um espelho, ou ouvir nosso eco.

Refração

Quando a onda muda de um meio de propagação para o outro, ela sofre uma alteração na velocidade e também na sua direção de propagação.

Um exemplo disso é quando colocamos um lápis em um copo de água, e temos a impressão de vê-lo “quebrado”.

Difração

É a capacidade que a onda tem de contornar obstáculos.Como exemplo temos o espalhamento de ondas quando passam em uma fenda, ou sermos capazes de ouvir alguém do outro lado do muro.

Interferência

Quando duas ondas se encontram ocorrem interações entre as suas amplitudes, podendo ser de dois tipos: construtiva ou destrutiva

• Construtiva: Amplitude aumenta.
• Destrutiva: Amplitude diminui.

Dispersão

Quando uma onda se separa em diversas ondas com diferentes frequências.

Ondas Estacionárias

A interferência entre ondas senoidais iguais em sentidos opostos geram ondas estacionárias. Ondas estacionárias permanecem no mesmo lugar.

A interferência destrutiva gera os nós, lugares que nunca se movimentam, e as interferências construtivas geram os máximos de oscilação.

Fórmulas

T = \(\frac{1}{f}\)
f = \(\frac{\omega}{2\pi}\)
v = \(\lambda.f\)
v = \(\frac{\lambda}{T}\)
v= \(\sqrt{\frac{\tau }{\mu }}\)
v= \(\sqrt{\frac{B }{\rho  }}\)

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