Defina o que e comprimento de onda frequência e intensidade de uma onda

Os fenômenos ondulatórios são mais comuns do que percebemos. Eles estão presentes quando conversamos uns com os outros, quando enxergamos os objetos e as pessoas que nos rodeiam e também quando ligamos o rádio para ouvir uma musica.

O principal objeto de estudo da ondulatória são as ondas. Através delas, energia pode ser transmitida por longas distâncias e a grande velocidade. A energia da luz solar é um exemplo disso. Vamos falar um pouco dos principais fundamentos que envolvem a propagação e a natureza das ondas.

Definição de onda e a sua propriedade

Para entendermos a definição de onda e a sua propriedade, considere uma experiência muito simples:

Imagine uma corda esticada. Em uma das suas extremidades, faz-se um único movimento de subida e descida. Considere também um ponto mais à frente nessa mesma corda, onde é marcado um X. Num tempo posterior ao da vibração na extremidade da corda, esse ponto X irá oscilar também, como se vê na figura abaixo:

Observe que, quando a onda passa pelo ponto X, ele oscila transversalmente e, após a passagem da onda, ele se encontra no mesmo local que estava antes. Tal situação não é exclusividade do exemplo acima. Pense na folha de uma árvore que está flutuando em um lago. Se produzirmos algumas oscilações na água, as ondas produzidas passarão pela folha fazendo-a oscilar sem tirá-la do lugar.

Em síntese, podemos concluir que uma onda é uma perturbação que se propaga em um meio físico, transportando energia, mas sem transportar matéria.

A natureza das ondas

Na natureza, observamos as ondas se manifestando de diferentes modos, mas todas elas têm algo em comum: transportam energia sem transportar matéria. Uma dessas diferenças é a natureza das ondas.Sabemos que o som é uma onda que não se propaga no vácuo, enquanto a luz, que também tem característica ondulatória, pode se propagar no vácuo e em outros meios. Esse diferente comportamento dessas duas ondas nos mostra que elas possuem naturezas diferentes.

Para poder se propagar, o som necessita de um meio material. Para nós, esse meio é o ar. Tal comportamento não é uma exclusividade do som. As ondas na água precisam da água, assim como as ondas em uma mola precisam da mola. Ondas que precisam de um meio material para se propagar são classificadas como ondas mecânicas.

A luz, como já foi mencionada, não precisa da obrigatoriedade de um meio material para se propagar, pois ela se propaga no vácuo. Tal propriedade não é uma exclusividade dessa onda. Os raios X, a radiação infravermelha, os sinais de rádio e TV assim como outros também se comportam dessa maneira. Ondas que podem se propagar no vácuo são classificadas como ondas eletromagnéticas.

Modo de vibração

Outra diferença que pode ocorrer entre as ondas vem do seu modo de vibração. Dependendo do meio de propagação ou da fonte da onda, as ondas podem se propagar de maneira transversal, longitudinal ou mista.

a) Ondas transversais

Uma onda transversal ocorre quando temos a vibração da onda perpendicular a sua propagação. Por exemplo, se tivermos uma onda transversal se propagando horizontalmente em uma corda, as vibrações por onde ela passa serão verticais de modo que a vibração e propagação farão entre si uma ângulo de noventa graus.

Podemos citar como exemplo de ondas que vibram desse modo as ondas eletromagnéticas, como a luz.

b) Ondas longitudinais

As ondas longitudinais são aquelas em que a vibração e a propagação ocorrem na mesma direção. Vamos tomar como exemplo uma mola. Quando provocamos uma compressão em uma das suas extremidades isso provocará um pulso cuja vibração será na mesma direção da sua propagação. O exemplo mais comum de ondas que vibram assim são as ondas sonoras

c) Ondas mistas

Como vimos, as ondas podem vibrar de maneira transversal ou longitudinal, mas existem ondas em que esses dois modos de vibrações podem ocorrer simultaneamente. Ondas responsáveis por esse tipo de vibração são chamadas de ondas mistas. O exemplo mais comum desse tipo são aquelas que se propagam na superfície de um líquido. Um objeto que está flutuando sobre a água e fica sujeito a passagem de algumas ondas vibrará de maneira transversal e longitudinal ao mesmo tempo.

O estudo matemático das ondas

O estudo matemático das ondas consiste na identificação e no cálculo de algumas grandezas físicas. Dessas grandezas, é importante saber identificar a amplitude e o comprimento de onda e também determinar a sua velocidade de propagação.

a) Amplitude de oscilação

A amplitude de oscilação de uma onda é a distância máxima entre o ponto de vibração da onda e o seu eixo de equilíbrio. Veja a figura abaixo:

Os pontos de maior distância acima do eixo são chamados de cristas enquanto que os de maior distância abaixo do eixo são chamados de vales ou depressões. A amplitude de uma onda está ligada diretamente à sua intensidade.

b) Comprimento de onda

O comprimento de onda é a distância que ela percorre durante um período. O período de uma onda é o intervalo de tempo necessário para que ela complete uma oscilação. Por isso é comum determinarmos o comprimento de uma onda medindo a distância entre duas cristas consecutivas ou dois vales consecutivos.

c) Velocidade de propagação das ondas

As ondas se propagam com uma velocidade, que pode ser determinada se soubermos o comprimento da onda e o seu período ou frequência de oscilação.Se a onda se propaga em um meio homogêneo e não absorvedor de energia, sua velocidade e amplitude serão constantes. Isso quer dizer que a onda executa um movimento uniforme.

Se a onda executa um movimento uniforme, podemos determinar a sua velocidade com a equação da velocidade média. Se considerarmos o deslocamento escalar da onda como o seu comprimento e o tempo para ela percorrer esse mesmo comprimento como sendo o período de oscilação, chegaremos a uma equação que determina a velocidade de propagação da onda. O procedimento está detalhado no quadro que segue:

Ondas são perturbações que se deslocam no espaço transportando, exclusivamente, energia de um ponto a outro, sem realizar transporte de matéria. Existem ondas de natureza mecânica, eletromagnética e gravitacional. Quanto à sua propagação, podemos classificar três tipos de ondas: ondas unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais. Quanto à direção de perturbação, são dividas em ondas transversais e longitudinais.

Confira: Natureza de uma onda

Propriedades das ondas

Independente de qual for a natureza, forma de propagação ou perturbação, todas as ondas apresentam as mesmas propriedades: frequência, comprimento de onda, amplitude, velocidade e período. A figura abaixo apresenta uma onda e seus elementos. Observe:

O comprimento de onda é representado pelo símbolo λ e equivale ao espaço que as ondas percorrem até que realizem uma oscilação completa. O comprimento de onda também é definido como a distância entre dois vales consecutivos, duas cristas consecutivas ou três nós consecutivos. Nós são posições do meio que permanecem em repouso durante a propagação da onda. No Sistema Internacional de Unidades (SI), o comprimento de ondas é uma grandeza definida em metros (m).

A frequência da onda é dada pelo número de oscilações que ela realiza a cada segundo. No Sistema Internacional, essa grandeza é medida em s-1 (inverso de segundo), que é equivalente a hertz (Hz). Por exemplo: uma onda de 20 Hz realiza vinte oscilações completas a cada segundo.

O período de uma onda é o intervalo de tempo que ela leva para realizar uma oscilação completa. No SI, essa grandeza é medida em segundos (s). Além disso, as propriedades período e frequência podem ser relacionadas pela seguinte expressão:

A velocidade da onda depende do meio em que ela se propaga. No Sistema Internacional de Unidades, ela é medida em metros por segundo (m/s). Além disso, essa grandeza guarda uma relação matemática com as grandezas frequência (ou período) e comprimento de onda:

A amplitude da onda está relacionada à sua intensidade. Por exemplo, quando o volume do som está alto, as ondas sonoras estão sendo produzidas com altas amplitudes. A amplitude é medida como a distância da posição de equilíbrio até a altura de uma crista ou de um vale. Por exemplo: quando uma gota d'água cai sobre a superfície de um lago, forma-se uma pequena onda. Os pontos dessa onda que se encontram na mesma altura que o resto do lago são posições de equilíbrio, também chamados nós.

Veja também: Ondas periódicas

Propagação das ondas

As ondas podem propagar-se nas três direções do espaço, no entanto, algumas ondas podem deslocar-se em um número menor de dimensões, como as ondas unidimensionais e as ondas bidimensionais. O número de direções nas quais uma onda propaga-se pode ser determinado pela geometria do meio em que ela se encontra e pela polarização da onda (nos casos em que ela seja polarizável).

• Ondas unidimensionais: são perturbações que se propagam apenas em uma direção do espaço. Exemplo: ondas formadas em uma mola pressionada para frente ou para trás.

• Ondas bidimensionais: ondas que se propagam nas superfícies, portanto, deslocam-se em duas direções do espaço simultaneamente. Exemplo: uma onda que se forma na superfície do lago em decorrência da perturbação gerada por uma pedra que cai sobre ela.

• Ondas tridimensionais: são ondas que se deslocam nas três direções do espaço ao mesmo tempo, em formatos esféricos e concêntricos à sua fonte, ou seja, quando ambas são originadas da mesma posição. Exemplo: Ondas sonoras deixando uma caixa de som, luz se propagando a partir de uma lâmpada acesa.

Veja também: Classificação das ondas

Perturbação

De acordo com a relação entre a direção da perturbação que origina uma onda e a direção que essa onda irá propagar-se, é possível classificar as ondas como longitudinais ou transversais.

• Ondas longitudinais: ondas que se propagam na mesma direção que a perturbação que as gerou. Exemplo: o som é uma onda longitudinal gerada pela compressão e rarefação das moléculas de um meio como ar, regiões onde a densidade do ar fica maior e menor, respectivamente. Observe a figura abaixo:

• Ondas transversais: ondas que se propagam em direções perpendiculares à direção da perturbação que as gerou. Exemplo: uma onda que é produzida em uma corda sendo balançada ou ainda a luz sendo produzida pela oscilação dos campos elétrico e magnético. Observe a figura:

Natureza da onda

As ondas podem ter natureza mecânica, eletromagnética ou gravitacional.

• Ondas mecânicas: Essas ondas não se propagam no vácuo, tratam-se de perturbações que só podem propagar-se em algum meio preenchido por matéria, como água, ar, metais e etc. Exemplos: sons e terremotos.

Veja também: Ondas sonoras

• Ondas eletromagnéticas: são ondas que não necessitam de um meio para se propagar. São formadas pela oscilação de campos elétricos e magnéticos. Exemplo: luz, infravermelho, ultravioleta.

• Ondas gravitacionais: sua existência foi proposta há muito tempo por Albert Einstein, no entanto, só foi confirmada em 2016, com a colisão de dois buracos negros distantes. Esse tipo de onda causa deformações no espaço-tempo.

Veja também: Ondas gravitacionais

Por Rafael Helerbrock

Graduado em Física