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ONDULATÓRIA

ONDULATÓRIA

As ondas se caracterizam por propagarem energia, sem haver transporte de matéria, ou seja, a onda não transporta o meio onde se propaga; é a energia que se propaga, passando de partícula para partícula.

Veja, na figura, que a onda passa, e o ponto P continua na mesma abscissa todo o tempo.

Nem todas as ondas podem ser percebidas pelo sentido da visão, algumas só podem ser ouvidas e outras nem vistas e nem ouvidas.

ONDAS PERIÓDICAS

Uma onda periódica é gerada por abalos sucessivos e iguais em intervalos de tempo iguais. A propagação de um único abalo recebe o nome de pulso de onda.

Chamamos de elongação a altura y de cada ponto em relação à posição inicial.

CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS

QUANTO À NATUREZA

 Em relação à sua natureza, as ondas podem ser: mecânicas ou eletromagnéticas.

As ondas mecânicas necessitam de um meio material para se propagarem, ou seja, não se propagam no vácuo. As ondas que se propagam em cordas e os sons são exemplos de ondas mecânicas.

As ondas eletromagnéticas conseguem se propagar no vácuo e são formadas por um campo elétrico e um campo magnético perpendiculares entre si e a direção de propagação. No vácuo, todas as ondas eletromagnéticas se propagam com a velocidade de 300.000km/s e em meios materiais essa velocidade diminui. O espectro eletromagnético mostra todas as ondas eletromagnéticas:

QUANTO À DIREÇÃO DE VIBRAÇÃO

As ondas longitudinais produzem vibrações na mesma direção da propagação, por exemplo, os sons.

As ondas transversais provocam perturbações no meio em uma direção perpendicular à direção de vibração. Toda onda eletromagnética é transversal, mas nem toda onda transversal é eletromagnética.

As ondas mistas são longitudinais e transversais; e têm como exemplo as ondas em superfícies de líquidos.

QUANTO AO NÚMERO DE DIMENSÕES

Quando a onda se distribui linearmente, dizemos que ela se constitui em uma onda unidimensional (uma dimensão) como exemplo, uma onda que se propaga em um fio esticado. Em duas dimensões, chama-se bidimensional como exemplo, uma onda que se propaga na superfície de uma lagoa. Caso se propague nas três dimensões, receberá o nome de tridimensional como exemplo, o som emitido por uma fonte pontual.

CONCEITOS IMPORTANTES

AMPLITUDE (A)

Podemos definir amplitude como a máxima deformação de uma onda. Sabe-se que em uma corda todos os pontos oscilam apenas verticalmente. Nesse caso, a amplitude é a distância entre a posição de equilíbrio deste ponto e a altura máxima ou mínima.

Em uma propagação conservativa onde não há perdas de energia, a amplitude se conserva, porém, quando ocorre perdas, ou seja, propagação dissipativa; a amplitude vai diminuindo.

Dizemos que um ponto se constitui de um vale ou depressão quando ele está localizado, em relação ao eixo Y, o mais abaixo possível, isto é, ordenada -A. Na figura, o ponto D caracteriza um vale.

Os pontos de crista são exatamente o contrário, a ordenada é máxima (igual a A). Na figura, A representa crista.

Veja a figura:

COMPRIMENTO DE ONDA

Podemos definir comprimento de onda (λ) como sendo a distância entre duas cristas ou dois vales sucessivos.

Porém, observamos que ao marcarmos um ponto qualquer e começarmos a analisar a onda para qualquer um dos lados, podemos notar que após um certo tempo a onda volta a repetir seu desenho. A distância deste ponto ao ponto inicial é um comprimento de onda que se repetirá novamente e indefinidamente.

PERÍODO (T)

O período é o tempo que uma onda leva para avançar de uma distância igual ao seu comprimento de onda ou também podemos dizer que significa o tempo que um ponto qualquer da corda (tratando-se de uma oscilação em uma corda) leva para fazer uma oscilação completa.

No SI, a unidade do período, assim como de tempo, é o segundo (s).

FREQUÊNCIA (f)

A frequência é o inverso do período; dessa forma, como o período diz o tempo necessário para uma oscilação, a frequência diz o número de oscilações em uma unidade de tempo que, no SI, é o hertz (Hz), ou s-1.

CONCORDÂNCIA E OPOSIÇÃO DE FASE

Dizemos que dois pontos estão em concordância de fase quando eles possuem a mesma elongação e se movem da mesma maneira, isto é, ambos subindo ou descendo.

Na figura acima, todas as cristas estão em concordância de fase, todos os vales também, mas uma crista e um vale estão em oposição de fase.

Em uma onda periódica, podemos identificar infinitos pontos em concordância de fase e em oposição de fase. A distância horizontal entre dois pontos em concordância de fase é sempre igual ao comprimento de onda, enquanto a distância, na horizontal, entre dois pontos em oposição de fase é igual a meio comprimento de onda.

FRENTE E RAIO DE ONDA

Estes são conceitos usados somente no estudo de ondas bi e tridimensionais. A frente de onda é a fronteira entre a região já atingida pela onda e a região ainda não atingida.

Apesar do nome, o raio de onda não indica a distância da frente de onda até a fonte, mas corresponde a uma reta orientada que diz a direção e o sentido de propagação da onda no meio.

VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO DE UMA ONDA

EQUAÇÃO DA ONDA HARMÔNICA

Sabemos que, se a velocidade de um movimento permanece constante considera-se a fórmula abaixo, sendo ∆s o espaço percorrido e ∆t o tempo usado.

Pelo estudo de ondas, sabe-se que para percorrer uma distância igual a seu comprimento de onda (λ), o tempo é o período (T), isto é, em um intervalo de tempo igual a seu período, a onda percorre uma distância igual a seu comprimento. Assim, temos:

Como , chegamos à equação da onda harmônica, que pode ser utilizada para qualquer onda periódica, seja mecânica ou eletromagnética:

RELAÇÃO DE TAYLOR

A Relação de Taylor consiste em uma expressão que pode ser utilizada para obter a velocidade de uma onda em uma corda tensa devido a uma força F. Para essa fórmula, foi definida uma grandeza chamada densidade linear e utilizaremos a letra grega ρ para representá-la. A densidade linear de uma corda de massa m e comprimento L é dada pela fórmula:

Segundo a Relação de Taylor, em uma corda com tensão F e de densidade linear ρ , a velocidade da onda é:

OBSERVAÇÃO

O que a relação de Taylor indica?

A relação de Taylor indica que quanto mais esticada, ou seja, quanto maior a intensidade da força de tração no fio, maior será a velocidade de propagação, por outro lado, quanto maior a densidade linear da corda, menor será a velocidade de propagação.

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