ONDAS

ONDAS

É uma perturbação ou abalo que se propaga em um meio, transportando somente energia, sem transporte de matéria.

CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS

Quanto a natureza:

Mecânicas ou elásticas - são as ondas que necessitam de um meio material para se propagar. Não se propagam no vácuo. Ex.: som, onda na corda, no mar, etc.

Eletromagnéticas - não necessitam de um meio material para se propagar. Propagam-se no vácuo e em alguns meios materiais. Ex.: luz, ondas de rádio, microondas, etc.

Quanto a direção da vibração:

Longitudinal - as direções de propagação e vibração são paralelas. Cada partícula do meio vibra paralelamente a direção de propagação da onda. Ex. : som, onda na mola, etc.

Transversal - as direções de propagação e vibração são perpendiculares. Cada partícula do meio vibra perpendicularmente a direção de propagação da onda. Ex. : ondas na mola, luz, ondas de rádio, ondas na corda, etc.

Mistas - as ondas na água não fazem parte de nenhuma das duas classificações anteriores. As trajetórias das partículas da água são circunferências. A medida que aumenta a profundidade, o raio dessas circunferências vai ficando cada vez menor, até se tornarem nulos. Em função disso, um submarino a uma certa profundidade, não toma conhecimento das tempestades superficiais.

ELEMENTOS DE UMA ONDA

Comprimento de onda ( λ ): distância entre duas cristas consecutivas, dois vales consecutivos ou ainda uma crista mais um vale.

Amplitude ( a ): é a distância do eixo de equilíbrio a uma crista ou a um vale ( maior elongação ).

Freqüência ( f ): é o número de oscilações que ocorrem na unidade de tempo. No S. I. a freqüência é medida em Hz.

f = 1/T

Período ( T ): é o tempo de uma oscilação completa, ou ainda, o tempo necessário para que um ponto qualquer da onda percorra uma distância igual a um comprimento de onda. No S.I. o período é medido em segundos.

T = 1/f

Pêndulo Simples		Pêndulo Elástico (MHS)

	T é o período		T é o período
	l é o comprimento do fio		m é a massa
	g é a aceleração da gravidade		k é a constante elástica

Velocidade ( v ): depende do meio de propagação. Em geral, se muda o meio, a velocidade também muda.

v = λ . f

IMPORTANTE:

A velocidade de propagação de uma onda depende do meio de propagação.
A freqüência da onda só depende da fonte, não se alterando durante a propagação da onda.
Para v = constante

l a 1/f ou f a 1/l

Para f = constante

l a v

ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO

FENÔMENOS ONDULATÓRIOS

Reflexão e refração de ondas numa corda:

Extremidade fixa	Extremidade livre

Muda: o sentido da velocidade e a fase.	Muda: somente o sentido da velocidade.

Corda Fina Livre e Grossa Fixa	Corda Grossa Livre e Fina Fixa

Quando uma onda se propaga ao longo de uma composição de duas cordas, uma grossa e a outra fina, ocorre reflexão e refração da onda incidente. A corda grossa funciona como uma extremidade fixa para a corda fina. Já a corda fina funciona como uma extremidade livre para a corda grossa. A energia transportada pela onda incidente divide-se entre a onda refletida e a refratada.

Difração: é a capacidade de contornar obstáculos.

A difração depende de:

comprimento de onda - a difração é diretamente proporcional ao comprimento de onda, ou seja, quanto maior o comprimento de onda, maior a capacidade que a onda tem de se difratar.
tamanho da fenda - a difração é inversamente proporcional ao tamanho da fenda, ou seja, quanto menor a fenda, maior a difração.

Além disso, muda a direção de propagação das ondas.

Interferência: é a superposição de ondas.

Interferência construtiva	Interferência destrutiva

Da superposição de duas cristas resulta uma crista com amplitude igual a soma das amplitudes das cristas componentes. O mesmo ocorreria na superposição de dois vales.	Da superposição de uma crista e um vale resulta uma crista ou um vale com amplitude igual a diferença de amplitude entre elas.

Experiência de Young: com o objetivo de comprovar o caráter ondulatório da luz, o cientista inglês Thomas Young (1773 -1829) usou um dispositivo composto por uma fonte de luz monocromática, dois obstáculos e uma chapa fotográfica. O primeiro anteparo continha uma fenda simples ( S₀ ) por onde a luz se difratava chegando ao segundo obstáculo dotado de dupla fenda ( S₁ e S₂ ). Desse modo, as ondas que chegavam às duas fendas do segundo obstáculo eram iguais. Essas ondas se difratavam e interferiam entre si formando figuras de interferência na chapa fotográfica. Essas figuras são caracterizadas por franjas claras ( iluminadas ) e escuras ( não iluminadas ) na chapa fotográfica.

Mas figuras de interferência são características exclusivas de ondas. Estava provado o caráter ondulatório da luz.

As regiões iluminadas são resultantes de interferência construtiva, ou seja, encontro de duas cristas ou dois vales. As regiões não iluminadas resultam da interferência destrutiva, ou seja, encontro de cristas com vales.

Polarização: seleção do plano de vibração de uma onda. A onda chega ao primeiro Polaróide vibrando em várias direções e, ao passar pelo mesmo é polarizada, ou seja, apenas o plano de vibração alinhado com o Polaróide se mantém. Se colocarmos um outro polarizador com orientação perpendicular ao primeiro, nenhuma luz passará. Ondas longitudinais como as ondas sonoras não sofrem polarização.

Ressonância: todos os corpos, partículas ou estruturas apresentam uma (ou mais) freqüência natural de oscilação. Quando uma dessas estruturas é submetida a alguma interação periódica de freqüência igual a uma de suas freqüências naturais de oscilação, a energia recebida vai sendo armazenada, de modo que a amplitude de oscilação vai se tornando cada vez maior. Tal fenômeno é chamado de ressonância.

A Ponte de Tacoma, nos EUA, foi destruída pelo vento que soprou com freqüência igual a uma de suas freqüências naturais de vibração. A amplitude das oscilações aumentou tanto que a estrutura se rompeu. Conta-se que fato parecido ocorreu com o exército alemão durante a travessia de uma ponte com todos os soldados marchando. A freqüência natural de vibração da ponte foi atingida pelo movimento periódico e uniforme dos pés dos soldados, a amplitude aumentou e a ponte se rompeu. Da mesma forma, um copo de cristal pode ser quebrado usando-se somente a voz com freqüência adequada.

Ondas estacionárias: é o resultado da sobreposição de duas ondas iguais que se propagam em sentidos opostos. Podemos verificar, nas animações ao lado, que alguns pontos da corda permanecem em repouso (nodos), indicando que ouve interferência destrutiva, ao passo que os demais pontos realizam um MHS. O ponto médio entre dois nodos ou nós realiza o MHS de maior amplitude, o que indica que houve interferência construtiva.

Propriedades das ondas estacionárias:

- a amplitude da onda estacionária é o dobro da amplitude das ondas componentes.

- as ondas estacionárias possuem velocidade de propagação nula.

- as ondas estacionárias não transportam energia. A energia não pode ser transportada através dos nodos, visto que eles não vibram. Ela fica retida entre os nós.

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