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5Ondas Mecânicas • Compreender que ondas são perturbações que se propagam em um meio qualquer, transportando energia sem transporte de maté- ria; • Classificar as ondas quanto à sua natureza, quanto aos modos de vibração e propagação e quanto à sua dimensionalidade. Objetivos: 1.1 Introdução Já parou para pensar o quanto as ondas estão presentes no nosso dia a dia? Veja algumas situações em que as ondas estão presentes e não percebe: quando falamos ao celular, assistimos televisão, ouvimos um programa de rádio, tocamos um instrumento musical, quando usamos o forno de micro-ondas ou conversamos com os nossos amigos, ao nos submetermos a um exame de ultrassonografia ou raios-X, quando jogamos um objeto num lago parado, na propagação da luz no espaço, etc. Percebe que as ondas estão praticamente em todos os espaços? Qual é o conceito físico de uma onda? Antes de conceituá-la, vejamos alguns exemplos para melhor entendimento sobre o que é uma onda. UNIDADE 1 6Ondas Mecânicas Imaginemos uma pessoa vibrando uma corda. Ao sacudi-la rapidamente para cima e para baixo, de forma contínua, provocando várias perturbações, uma série de pulsos se propagará ao longo dela, como se fosse uma cobra se movendo. A formação e propagação desta série de pulsos constitui uma Onda na corda. Observe a Figura 1. Na Figura 2, temos uma ilustração de gotejamento de água. Observe que quando os pingos atingem a superfície da água parada, criam-se perturbações neste meio, que se propagam em círculos concêntricos. A propagação dessas perturbações caracteriza uma Onda na água. Exemplo 01: Exemplo 02: Figura 1 - Ondas em cordas Figura 2 - Gotas de água Fonte: https://courses.lumenlearning.com/physics/chapter/16-9-waves/ Fonte: Imagem de FelixMittermeier por Pixabay 7Ondas Mecânicas O som emitido por uma flauta causa perturbações no ar. Essas perturbações se propagam até os nossos ouvidos acionando o sistema auditivo que nos dá a sensação de audição. A propagação destas perturbações caracteriza uma Onda Sonora, Figura 3. Exemplo 03: Figura 3 - O pastor flautista Fonte: Pintura de Sophie Gengembre Anderson Estes exemplos que caracterizam uma onda têm algo em comum. Na propagação da perturbação criada pela fonte, apenas a energia é transportada, não havendo transporte de matéria. Com esse entendimento, podemos conceituar uma onda como sendo: “Uma perturbação (ou sequência de pulsos) que se propaga no meio perturbado, transportando apenas energia sem transporte de matéria”. 1.2 Classificação das ondas Diversos são os métodos que os livros utilizam para classificar as ondas. Nesta obra, classificaremos as ondas quanto à sua natureza, quanto aos modos de vibração e propagação, e quanto à sua dimensionalidade. 8Ondas Mecânicas 1.2.1 Quanto à natureza das ondas Classicamente, as ondas são identificadas como “ondas mecânicas” e “ondas eletromagnéticas”. Ondas Mecânicas: são ondas que precisam de um meio material elástico, seja ele sólido, líquido ou gasoso para que possam propagar-se. Assim sendo, ondas desta natureza não se propagam no vácuo. Ondas em cordas, ondas na superfície da água e ondas sonoras são alguns exemplos de ondas mecânicas, pois necessitam de um meio de propagação. Ondas Eletromagnéticas: são ondas constituídas por dois campos variáveis, sendo um elétrico e o outro magnético que se propagam no vácuo, e em alguns meios materiais. Este tipo de onda está muito presente no nosso cotidiano, por exemplo: as ondas de rádio, ondas de TV, ondas da luz visível, ondas de raios-X e γ, ondas de radar, micro-ondas, etc. Muito do que discutiremos nesta obra é aplicável a ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas, no entanto, nossa abordagem se concentrará apenas nas Ondas Mecânicas. 1.2.2 Quanto ao modo de vibração e propagação Quanto ao modo de vibração e propagação, as ondas mecânicas são denominadas em: ondas transversais, longitudinais e mistas. Ondas Transversais: são aquelas que vibram perpendicularmente à sua propagação. O exemplo mais simples que podemos dar de uma onda transversal é o da onda em uma corda. Considere uma corda fixa em um suporte com algumas fitas pequenas amarradas ao longo dela. Na outra extremidade da corda, uma pessoa provoca o movimento de subida e descida criando vários pulsos que se propagam ao longo da corda. Esses pulsos, ao passarem pelas fitas que estão presas às cordas, provocam um movimento de subida e descida nelas. O movimento de subida e descida ocorre perpendicular à direção de propagação dos pulsos, conforme podemos visualizar na Figura 4: 9Ondas Mecânicas Figura 4 - Onda Transversal Figura 5 - Representação de ondas transversais Fonte: Elaborada pelos autores (2020) Fonte: https://www.researchgate.net/figure/Figura-9-Ilustracao-de-onda- longitudinal_fig5_325942399 Ondas Longitudinais: são aquelas em que o seu movimento de vibração ocorre na mesma direção em que a onda se propaga. Como exemplo clássico, considere uma mola distendida horizontalmente. Se comprimirmos umas 15 espiras da extremidade direita da mola e em seguida soltarmos, se observa uma compressão se propagando para esquerda da mola. Entenda que os pontos da mola oscilam na mesma direção de propagação da onda. Observe a ilustração na Figura 5. 10Ondas Mecânicas Outro exemplo muito interessante de ondas longitudinais são as ondas sonoras. A Figura 6 mostra como uma onda sonora é produzida por um alto-falante. O movimento para frente e para trás da membrana acoplada ao cone do alto-falante empurrando as moléculas de ar, cria ondas de compressões e rarefações que se propagam na mesma direção em que as moléculas de ar vibram. Figura 6 - Ondas sonoras Fonte: https://pt.m.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:CPT-sound-physical-manifestation.svg Ondas Mistas: são as que emitem comportamento vibratório característico das ondas transversais e longitudinais simultaneamente quando se propagam. Este comportamento é muito perceptível nas ondas produzidas na superfície de líquidos. Se um objeto qualquer, por exemplo, uma folha seca, está boiando em cima da água em alto mar. Quando atingida pela passagem da onda, a folha realizará um movimento para cima e para baixo, e um movimento para frente e para trás como uma composição ordenada de ondas transversais e longitudinais. 1.2.3 Quanto à sua dimensionalidade e propagação Quanto à dimensionalidade e propagação, as ondas mecânicas são classificadas em três tipos: ondas unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais. Ondas Unidimensionais: como o próprio nome já diz, são as que se propagam em uma dimensão. Ex.: ondas em cordas ou em molas. Ondas Bidimensionais: são ondas que se propagam em duas dimensões, ou em um plano. Ex.: ondas em superfície de líquidos. Ondas Tridimensionais: são ondas que se propagam em três dimensões no espaço. Ex.: ondas sonoras no ar. 11Ondas Mecânicas RESUMO Nesta Unidade, fizemos uma introdução ao estudo das ondas, com foco principal na definição do conceito de onda e sua classificação quanto à natureza, modos de vibração e propagação, e quanto à sua dimensionalidade. Apresentamos as principais características das categorias de ondas mecânicas além de exemplificá- las. 12Ondas Mecânicas REFERÊNCIAS BÔAS, Newton Villas; DOCA, Ricardo Helou; BISCUOLA, Gualter José. Tópicos de Física: termologia, ondulatória, óptico. 19. ed. São Paulo: Saraiva, 2012. BONJORNO, José Roberto et al. Física: termologia, óptica, ondulatória. 3. ed. São Paulo: Ftd, 2016. HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Física: gravitação, ondas e termodinâmica. 8. ed. Rio de Janeiro: Ltc, 2009. RAMALHO JÚNIOR, Francisco; FERRARO, Nicolau Gilberto; SOARES, Paulo Antônio de Toledo. Os Fundamentos da Física: termologia, ópticas e ondas. 9. ed. São Paulo: Moderna, 2007.
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