Ondas: Classificações e Características

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Ondas
- Perturbação que se propaga em um meio sem o transporte
de matéria, ou seja, são oscilações em função do tempo e do
espaço que transportam algum tipo de energia
CLASSIFICAÇÕES
● Em relação à natureza:
- Ondas mecânicas: Precisam de um meio material para
se propagarem → Não se propagam no vácuo
Ex: Som; ondas na corda; ondas na superfície de um
lago
- Ondas eletromagnéticas: Não precisam
necessariamente de um meio material para se
propagarem → Propagam-se no vácuo
Ex: Luz; ondas de rádio; infravermelho; microondas;
raios X
● Em relação à vibração:
- Transversal: A direção de vibração é perpendicular à
direção de propagação
Ex: Onda na corda e todas as ondas eletromagnéticas
- Longitudinal: As direções de vibração e propagação
são paralelas
Ex: Som
- Mistas: Possuem tanto vibrações transversais como
vibrações longitudinais → As partículas do meio vibram
ao mesmo tempo de forma transversal e longitudinal
Ex: Ondas do mar
● Em relação às dimensões de propagação:
- Onda unidimensional: Onda na corda
- Onda bidimensional: Onda na superfície de um lago ou
oceano
- Onda tridimensional: Som
ELEMENTOS DE UMA ONDA
● Cristas: Pontos mais altos
● Vales: Pontos mais baixos
● Comprimento de onda (λ): Distância horizontal entre dois
pontos equivalentes consecutivos → Distância entre duas
cristas consecutivas ou dois vales consecutivos
● Amplitude (A): Distância vertical entre a crista e o ponto de
equilíbrio de uma onda ou a distância vertical entre o vale e
o ponto de equilíbrio da onda
● Período (T): Intervalo de tempo para que seja completada
uma oscilação → Intervalo de tempo para que uma onda
completa passe por um ponto do espaço
● Frequência (f): Número de ondas por unidade de tempo que
passam por um determinado ponto do espaço
EQUAÇÃO DA ONDA
● Ao se propagar em um meio homogêneo, a onda descreve
um movimento uniforme
● Percorre distâncias iguais em intervalos de tempos iguais →
M.U.
● Equação fundamental da ondulatória
● A velocidade de propagação de uma onda depende apenas
do meio em que está se propagando → Para um
determinado meio homogêneo, a velocidade será constante
● A frequência da onda depende apenas da fonte → Não
depende do meio em que está se propagando
● O comprimento de onda depende tanto da fonte como do
meio em que a onda está se propagando
ONDAS SONORAS
● A propagação das ondas mecânicas em um meio material,
transportando energia e momento linear, é dada pela
vibração de partículas
● Esse fenômeno de vibração é provocado por uma fonte e,
dessa forma, é transmitido para as partículas vizinhas que
constituem o meio material e com isso há a propagação da
onda
● Onda mecânica longitudinal
● Não arrasta as partículas do fluido, apenas faz com que
vibrem em torno de sua posição de equilíbrio
● Ondas mecânicas, longitudinais e tridimensionais
● A velocidade das ondas sonoras depende do meio em que
estão se propagando:
● São diferenciadas entre si através das frequências e dos
comprimentos da onda
● Características fisiológicas do som:
- Altura: Relacionada à frequência
➢ Alta frequência → Som agudo
➢ Baixa frequência → Som grave
- Intensidade: Relacionada à amplitude da onda sonora
e representa o volume do som
➢ Quanto maior for a energia de vibração da fonte,
➢ Grande amplitude → Som forte
➢ Baixa amplitude → Som fraco
- Timbre: Característica do som que nos permite
distinguir dois sons de mesma altura e intensidade,
mas que foram produzidos por fontes diferentes
● Reflexão do som (eco)
- = V T → 2X = V T∆𝑆 × ×
ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
● Caracterizadas por não precisarem de um meio material
para se propagar
● Propagam-se tanto no vácuo como em um meio material
● Os campos elétrico ( ) e magnético ( ) em um
determinado ponto do espaço oscilam sempre
perpendicularmente à direção de propagação
● Propagam-se no vácuo com a mesma velocidade →
Velocidade da luz = 3 x 108 m/s
● São diferenciadas entre si através das frequências e dos
comprimentos de onda
● Espectro eletromagnético: Conjunto formado pelos tipos de
ondas eletromagnéticas
● Cada tipo de onda eletromagnética possui uma faixa de
frequência e entre essas faixas não há intervalo
● As divisões entre os tipos de ondas não são definidas
precisamente
● Apesar de possuírem a mesma natureza, a origem de cada
tipo de onda eletromagnética não é a mesma
● A energia das ondas eletromagnéticas é proporcional a sua
frequência
CONCEITOS
● Frente de onda: Conjunto de pontos que separa a região já
atingida pela onda da região ainda não atingida
● Raio de onda: Linha que representa a direção de
propagação da onda em certo ponto
OBS: A frequência de uma onda depende da fonte e a velocidade
de propagação depende do meio
FENÔMENOS ONDULATÓRIOS
● Reflexão
- Ocorre quando uma onda atinge uma superfície que
separa dois meios e retorna para o mesmo meio em
que estava se propagando
- Para uma corda temos duas situações ligadas ao
fenômeno da reflexão:
➢ Corda com extremo fixo: A onda (ou um pulso de
onda) reflete e sofre inversão
➢ Corda com extremo livre: A onda reflete e não
sofre inversão
● Refração
- Ocorre quando uma onda atinge uma superfície que
separa dois meios e a atravessa, passando a se
propagar no outro meio
- Sempre que há refração também há reflexão
- A frequência não sofre variação
- Quando duas cordas estão ligadas, uma onda, ao
atingir o ponto que separa essas duas cordas, sofrerá
uma reflexão e uma refração. Nessa situação, há duas
situações distintas:
➢ Sentido de propagação da corda menos densa
para a mais densa: O pulso refletido sofre
inversão
➢ Sentido de propagação da corda mais densa
para a menos densa: O pulso refletido não sofre
inversão
● Difração
- Fenômeno que consiste em uma onda contornar um
obstáculo
- Princípio de Huygens: Cada ponto da frente de onda
que atravessa a fenda comporta-se como uma fonte de
ondas secundárias
- Ocorre quando o comprimento da fenda ou do
obstáculo for menor ou da ordem do comprimento de
onda da onda incidente
● Interferência
- Superposição de duas ou mais ondas na mesma região
do espaço
- Pode ser construtiva ou destrutiva
● Ressonância
- Sistemas físicos, devido à sua estrutura atômica ou
molecular, possuem uma vibração própria, ou seja, uma
frequência natural de vibração
- Quando uma vibração externa, com frequência
próxima ou igual à frequência natural da vibração
deste, o sistema absorve fortemente a energia dessa
onda, aumentando a amplitude de suas vibrações
- Neste caso, dizemos que o sistema está em
ressonância
● Polarização
- Polarizar uma onda = orientá-la em uma única direção
ou plano através da passagem em um dado meio,
chamado polarizador
- SOMENTE ONDAS TRANSVERSAIS PODEM SER
POLARIZADAS - Ondas eletromagnéticas
● Efeito Doppler
- Determina as variações de frequência relacionadas ao
movimento de uma fonte sonora em relação a um
observador
- Não é um fenômeno exclusivo das ondas sonoras →
Também pode ocorrer com ondas eletromagnéticas
- Casos:
➢ Observador parado e fonte em movimento:
■ Aproximação ( V som - V fonte) → Mesmo
sentido - som ficando mais agudo
■ Afastamento (V som + V fonte) → Sentidos
opostos - som ficando mais grave
➢ Fonte parada e observador em movimento:
■ Aproximação (V som + V observador) →
Sentidos opostos - som ficando mais agudo
■ Afastamento (V som - V observador) →
Mesmo sentido - som ficando mais grave
ONDA ESTACIONÁRIA NA CORDA
● Em uma onda tensa, como a de um violão, as ondas
transversais produzidas são refletidas nas extremidades e
ocorre a superposição, originando as ondas estacionárias
na corda
● Com a vibração da corda, o ar em suas vizinhanças também
vibra → Produção de ondas sonoras com frequência igual à
frequência de vibração da corda
● A corda pode vibrar de diversos modos diferentes, porém, o
modo mais simples corresponde a um nó em cada
extremidade e entre eles um único ventre → Modo
fundamental ou primeiro harmônico.
● Dessa forma, a frequência de vibração é denominada
frequência fundamental ou frequência do primeiro
harmônico● Para a onda estacionária na corda, o número do modo é
correspondente ao número de ventres ou ao número de
“quibes”
TUBOS SONOROS
● Tubo aberto
- Para a onda em um tubo aberto, o número do modo é
correspondente ao número de nó ou ao número de
“quibes”
● Tubo fechado
- O número de modo é correspondente ao número de
“metades de quibe”