O movimento ondulatório Consiste na propagação de uma perturbação, denominada onda, em um meio material ou mesmo no vácuo, se é luz ou qualquer outra radiação eletromagnética.
A energia viaja em movimento de onda, sem que as partículas do meio se afastem muito de suas posições, pois a perturbação apenas as faz oscilar ou vibrar continuamente em torno do local de equilíbrio..
E essa vibração é aquela que é transmitida de uma partícula a outra no meio, no que é conhecido como um onda mecânica. O som se propaga desta maneira: uma fonte comprime e expande alternadamente as moléculas de ar, e a energia que viaja dessa forma é, por sua vez, responsável por fazer o tímpano vibrar, uma sensação que o cérebro interpreta como som.
No caso da luz, que não necessita de meio material, é a oscilação dos campos elétricos e magnéticos que se transmite..
Como podemos perceber, dois dos fenômenos mais importantes para a vida: luz e som, possuem movimento ondulatório, daí a importância de saber mais sobre seu comportamento..
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As ondas têm vários atributos característicos que podemos agrupar de acordo com sua natureza:
Vejamos uma representação esquemática de uma onda simples como uma sucessão periódica de cristas e vales. O desenho representa pouco mais que um ciclo ou o que é igual: uma oscilação completa.
Esses elementos são comuns a todas as ondas, incluindo luz e som..
v = λ / T
Existem diferentes tipos de ondas, uma vez que são classificadas de acordo com vários critérios, por exemplo, podem ser classificadas de acordo com:
Uma onda pode ser de vários tipos ao mesmo tempo, como veremos a seguir:
As partículas que compõem o meio têm a capacidade de responder de várias formas à perturbação, desta forma surgem:
As partículas no meio oscilam em uma direção perpendicular à da perturbação. Por exemplo, se tivermos uma corda esticada horizontal que é perturbada em uma extremidade, as partículas oscilam para cima e para baixo, enquanto a perturbação viaja horizontalmente..
As ondas eletromagnéticas também viajam dessa maneira, quer o façam em um meio material ou não..
A propagação viaja na mesma direção que as partículas no meio. O exemplo mais conhecido é o som, no qual a perturbação sonora comprime e expande o ar à medida que ele se move, fazendo com que as moléculas se movam para frente e para trás..
Eles sempre requerem um meio material para se propagar, que pode ser sólido, líquido ou gasoso. O som também é um exemplo de onda mecânica, assim como as ondas que se produzem nas cordas tensas dos instrumentos musicais e aquelas que se propagam pelo globo: as ondas sísmicas.
As ondas eletromagnéticas podem se propagar no vácuo. Não existem partículas oscilantes, mas campos elétricos e magnéticos que são mutuamente perpendiculares e, ao mesmo tempo, perpendiculares à direção de propagação..
O espectro de frequências eletromagnéticas é muito amplo, mas dificilmente percebemos com nossos sentidos uma estreita faixa de comprimentos de onda: o espectro visível.
Dependendo da direção de propagação, as ondas podem ser:
Se tivermos uma corda esticada, a perturbação percorre todo o comprimento, ou seja, em uma dimensão. Também ocorre quando uma mola ou mola flexível, como a furtivo.
Mas existem ondas que se movem em uma superfície, como a superfície da água quando uma pedra é lançada em um lago ou aquelas que se propagam na crosta terrestre, neste caso falamos de ondas bidimensionais..
Finalmente, existem ondas viajando continuamente em todas as direções do espaço, como som e luz..
As ondas podem viajar por grandes áreas, como ondas de luz, som e ondas sísmicas. Em vez disso, outros estão limitados a uma região menor. É por isso que também são classificados como:
-Ondas viajantes
-Ondas estacionárias.
Quando uma onda se propaga de sua fonte e não retorna a ela, você tem uma onda viajante. Graças a eles ouvimos o som de uma música que vem de uma sala vizinha e a luz do sol chega até nós, que deve viajar 150 milhões de quilômetros no espaço para iluminar o planeta. Ele faz isso a uma velocidade constante de 300.000 km / s.
Ao contrário das ondas viajantes, as ondas estacionárias se movem em uma região limitada, por exemplo, distúrbios nas cordas de um instrumento musical como um violão..
As ondas harmônicas são caracterizadas por serem cíclicas ou periódicas. Isso significa que a perturbação se repete a cada certo intervalo de tempo constante, denominado período aceno.
As ondas harmônicas podem ser modeladas matematicamente usando as funções seno e cosseno.
Se a perturbação não se repetir a cada certo intervalo de tempo, a onda não é harmônica e sua modelagem matemática é muito mais complexa do que a das ondas harmônicas..
A natureza nos apresenta exemplos de movimento ondulatório o tempo todo, às vezes isso é óbvio, mas outras vezes não, como no caso da luz: como sabemos que ela se move como uma onda??
A natureza ondulatória da luz foi debatida durante séculos. Assim, Newton estava convencido de que a luz era um fluxo de partículas, enquanto Thomas Young, no início do século 19, mostrava que se comportava como uma onda.
Finalmente, cem anos depois, Einstein afirmou, para tranquilidade de todos, que a luz era dual: onda e partícula ao mesmo tempo, dependendo se sua propagação fosse estudada ou como ela interage com a matéria..
A propósito, a mesma coisa acontece com os elétrons no átomo, eles também são entidades duais. São partículas, mas também experimentam fenômenos exclusivos das ondas, como a difração, por exemplo.
Vejamos agora alguns exemplos do dia-a-dia de movimentos de onda óbvios:
Uma mola suave, primavera ou furtivo Consiste em uma mola helicoidal com a qual as ondas longitudinais e transversais podem ser visualizadas, dependendo da forma como é perturbada por uma de suas extremidades..
Quando você pressiona um instrumento como um violão ou harpa, observa as ondas estacionárias indo e vindo entre as pontas da corda. O som da corda depende de sua espessura e da tensão a que está submetida.
Quanto mais apertada a corda, mais facilmente uma perturbação se espalha por ela, assim como quando a corda é mais fina. Pode-se mostrar que o quadrado da velocidade da onda vdois É dado por:
vdois = T / μ
Onde T é a tensão na corda e μ é sua densidade linear, ou seja, sua massa por unidade de comprimento.
Temos as cordas vocais, com as quais os sons são emitidos para comunicação. Sua vibração é percebida colocando os dedos na garganta ao falar.
Eles se propagam em corpos oceânicos na fronteira entre a água e o ar e são originados pelos ventos, que fazem com que pequenas porções de líquido se movam para frente e para trás..
Essas oscilações são amplificadas pela ação de várias forças além do vento: atrito, tensão superficial no líquido e a sempre presente força da gravidade..
A Terra não é um corpo estático, uma vez que ocorrem distúrbios no seu interior que viajam através das diferentes camadas. São percebidos como tremores e, ocasionalmente, quando carregam muita energia, como terremotos capazes de causar muitos danos.
As teorias atômicas modernas explicam a estrutura do átomo por analogia com as ondas estacionárias.
Uma onda sonora tem um comprimento de onda igual a 2 cm e se propaga a uma taxa de 40 cm em 10 s.
Calcular:
a) Sua velocidade
a) O período
b) Frequência
Podemos calcular a velocidade da onda com os dados fornecidos, pois ela se propaga a uma taxa de 40 cm em 10 s, portanto:
v = 40 cm / 10 s = 4 cm / s
Anteriormente, a relação entre velocidade, comprimento de onda e período era estabelecida como:
v = λ / T
Portanto, o período é:
T = λ / v = 2 cm / 4 cm / s = 0,5 s.
Uma vez que a frequência é o inverso do período:
f = 1 / T = 1 / 0,5 s = 2 s-1
O inverso de um segundo ou s-1 É chamado de Hertz ou Hertz e é abreviado de Hz. Foi concedido em homenagem ao físico alemão Heinrich Hertz (1857-1894), que descobriu como produzir ondas eletromagnéticas.
Uma corda é esticada sob a ação de uma força de 125 N. Se sua densidade linear μ for 0,0250 kg / m, qual será a velocidade de propagação de uma onda??
Anteriormente, vimos que a velocidade depende da tensão e da densidade linear da corda como:
vdois = T / μ
Portanto:
vdois = 125 N / 0,0250 kg / m = 5000 (m / s)dois
Calculando a raiz quadrada deste resultado:
v = 70,7 m / s
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