Agora que você já sabe tudo sobre oscilações, que tal entrarmos numa onda? Mas afinal, que onda é essa? E o que isto tem a ver com as oscilações? É o que veremos nesta aula.
Claro, você já viu uma “onda no mar”, elas vão e vêm num “indo e vindo infinito”, como canta Lulu Santos. Também, assistindo futebol na televisão, você também já deve ter visto torcedores motivados nas arquibancadas fazendo “La ola” – onda, em espanhol.
Ou ainda, na beira de um lago, tendo lançado um pedra na água, viu as “ondas” circulares em volta do local onde a pedra caiu. Até mesmo as nuvens podem ser formadas em ondas, como é mostrado na figura acima.
Os exemplos acima mostram que uma onda é criada por uma perturbação gerada em um dado meio: a superfície do mar, a torcida, a superfície do lago e o ar atmosférico. No caso das ondas do mar, são os ventos, ou também grandes terremotos que geram os destrutivos tsunamis. No estádio, são os torcedores que se levantam em conjunto, perturbando o estado normal – os torcedores sentados. No lago, a penetração da pedra na superfície da água. Mas há ainda outro aspecto importante sobre as ondas: a perturbação propaga-se, move-se.
Em uma onda não há transporte de matéria, mas somente propagação de uma perturbação. Veremos mais na frente, que esta perturbação transporta apenas energia. Por exemplo, na “ola” do estádio, os torcedores não são levados pela onda de um canto a outro das arquibancadas.
Se a perturbação ocorre de maneira cíclica, por exemplo, se os torcedores sobem e descem uma vez a cada minuto, ou se você lança várias pedras no mesmo lugar do lago, a onda propaga-se na mesma frequência em que as perturbações são geradas.
Veja a queda de várias gotículas sobre uma superfície líquida em “câmara lenta” e observe os padrões ondulatórios gerados.
O som e a luz são exemplos das ondas mais presentes em nosso cotidiano. O primeiro é gerado por vibrações provocadas em um meio mecânico, como o ar, a água ou numa barra de ferro, e por isso o som é uma onda mecânica.
Já a luz não precisa de um meio mecânico, podendo propagar-se no vácuo – por exemplo, a luz que vem do Sol até a Terra. A luz é o resultado de perturbações nos campos elétrico e magnético e por isto é uma onda eletromagnética. Assim como a luz, ondas de rádio e de televisão são eletromagnéticas e são geradas por oscilações elétricas em antenas transmissoras. Neste curso iremos abordar somente algumas propriedades das ondas mecânicas. O estudo das ondas eletromagnéticas é objeto das áreas da Física conhecidas como Eletromagnetismo e Ótica ondulatória.
Todos os pontos de uma onda que estão no mesmo estado de movimento (uma crista ou um vale) definem uma superfície chamada de frente de onda.
As ondas mecânicas podem ser longitudinais ou transversais. As perturbações em ondas transversais ocorrem em direções perpendiculares à direção de propagação. As ondas no mar são exemplos de ondas transversais, pois as perturbações fazem a superfície da água subir (cristas) e descer (vales), enquanto que a onda propaga-se ao longo da horizontal. Outro exemplo de onda transversal ocorre em uma corda fixa a uma extremidade e que é balançada para cima e para baixo na outra extremidade.
Ondas longitudinais são aquelas em que a perturbação ocorre na mesma direção de sua propagação, como exemplos o caso de uma fila de pessoas que se move e uma mola que se comprime e distende-se. O som também é uma onda longitudinal constituída de compressões e rarefações sucessivas no meio.
Onda transversal:
Onda longitudinal:
O som de sua voz é produzido por vibrações de cordas vocais, ou seja, dentro de nossa garganta há um sofisticado “violão falante”. Os sons produzidos em pianos, violinos e guitarras são também devidos a vibrações de cordas. Já no caso dos instrumentos de sopro, são vibrações provocadas por palhetas, como no saxofone, ou por uma coluna de ar restrita numa flauta.
Veja ondas transversais (Transverse Wave) e longitudinais (Longitudinal Wave) (Clique aqui para abrir) propagando-se em uma mola, para isso use o "controle de Polarização". Observe a compressão e a rarefação que se propagam juntas na mola.
Para descrever completamente uma onda, precisamos de uma função y=h(x,t), onde y é o deslocamento transversal de cada elemento da onda. A função h será senoidal. Assim:
Na equação acima, ym é amplitude máxima da onda, k é o número de onda, w é a frequência angular e (kx-wt) é a fase da onda
Exercite sua autonomia para aprender além do escopo destas aulas e descubra como o cone de papel de um alto-falante emite som.
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Responsável: Prof. Humberto de Andrade Carmona
Universidade Federal do Ceará - Instituto UFC Virtual