Graças às ondas, conseguimos também sentir parte da radiação solar quando estamos de férias, aproveitando um dia ensolarado em uma praia, por exemplo. Perceba que sentimos três sensações diferentes (visão, audição e tato) através de interações com o meio externo via movimentos ondulatórios.
O incrível é que a grande maioria das ondas que estão ao nosso redor, nem sequer notamos. Ondas que possibilitam usarmos o celular para fazer uma ligação, para mandar uma mensagem. Sinal de internet, wi-fi, bluetooth, ondas de rádio (AM e FM) etc.
Mas, afinal, o que é uma onda? Usaremos a definição dada pelo professor H. Moysés Nussenzveig no seu livro de Física Básica, vol. 2:
“Num sentido bastante amplo, uma onda é qualquer sinal que se transmite de um ponto a outro de um meio, com velocidade definida. Em geral, fala-se de onda quando a transmissão do sinal entre esses dois pontos distantes ocorre sem que haja transporte direto de matéria de um desses pontos ao outro.”
REPRESENTAÇÕES DE UMA ONDA UNIDIRECIONAL
Para entendermos melhor como uma onda se propaga, iremos concentrar nossos esforços em estudar ondas com apenas uma direção de propagação.
Propagação de onda em uma corda.
Propagação de onda em uma mola.
Para produzirmos uma onda em uma corda conforme representado na figura 1, deve ser aplicado uma força F→ sobre a corda. Essa perturbação causada por essa força tem direção vertical, i.e., para uma onda se propagar na direção horizontal em uma corda, esta deve sofrer uma perturbação na vertical. Note na figura que, conforme a onda passa (direção horizontal), os elementos que compõem a corda sobem e descem (direção vertical).
Toda onda cuja direção de perturbação é ortogonal à direção de sua propagação é chamada de onda transversal.
Entretanto, na figura 2, podemos notar que a direção de vibração dos elementos que compõem a mola (direção esta da força externa aplicada na mola) é a mesma que a direção de propagação da onda. Podemos perceber que essa propagação se dá através de sucessivas compressões e rarefações de partes da mola.
Toda onda cuja direção de perturbação é a mesma que a direção de sua propagação é chamada de onda longitudinal.
ONDAS ESTACIONÁRIAS
Ondas (harmônicas) estacionárias são ondas (séries de ondas) que possuem frequência constante cuja perturbação está em M.H.S. Retorne à figura 1 e veja o que acontece com o elemento da corda em destaque. Quando a onda passa, esse ponto oscila na vertical. Imaginando uma série de ondas passando por esse elemento, percebemos que esse ponto estará em M.H.S..
A figura a seguir representa uma série de ondas harmônicas.
Onda harmônica.
Medidas e pontos notáveis de uma série de ondas como a exposta na figura 3:
- crista: topo da onda;
- vale: ponto inferior da onda;
- nó: ponto em que a onda toca o eixo x. Também chamado de ponto nodal;
- comprimento da onda (λ): como o nome diz, é o comprimento de uma onda completa. Pode ser medido como a distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos, ou até mesmo a distância entre o primeiro e o terceiro nó (de modo geral, entre o nó n e o n + 2);
- amplitude (A): é a distância entre o meio e a crista (ou vale) da onda.
Como a velocidade de propagação da onda v é constante, temos que:
v = λ/T
T é o tempo em que uma onda com velocidade leva para percorrer uma distância equivalente a uma onda completa λ. Ou seja, T é o período de oscilação da onda. Lembrando que a frequência é o inverso do período, a equação acima, chamada de equação geral de onda pode ser reescrita sob a seguinte forma:
v = λf
Exercício Resolvido 1: Ondas de rádio são ondas eletromagnéticas, i.e., não precisam de um meio material para se propagar. Podemos dizer que ondas eletromagnéticas são ondas que se propagam no vácuo com uma velocidade de 300.000 km/s no vácuo. Considerando que essa velocidade seja praticamente a mesma no ar, qual é o comprimento de onda da estação 99,9 FM?
Resolução:
Primeiramente, vamos colocar as unidades dentro do mesmo padrão. Assim, a velocidade deve estar em m/s e a frequência, em Hz. Para isso, é importante saber que 1 FM equivale a 1 MHz (106Hz).
Agora, basta aplicarmos a equação geral de ondas:
v = λf ∴ 3 ⋅ 108 = λ ⋅ 99,9 ⋅ 106 ∴ λ ≅ 3 m
Exercício Resolvido 2: O som é uma onda mecânica, i.e., precisa de um meio material para se propagar. Veremos, no módulo de Acústica, mais detalhes sobre essa onda. Um músico possui um diapasão para afinar seu violão. Esse diapasão, quando tocado, produz um som com uma frequência bem definida de 340 Hz. Sabendo-se que a velocidade do som no ar em um dia de temperatura ambiente (25 ºC) é aproximadamente 340 m/s, qual é o comprimento dessa onda?
Resolução:
Basta aplicar a equação fundamental:
v = λf ∴ 340 = λ ⋅ 340 ∴ λ = 1 m
Os enunciados dos exemplos anteriores trouxeram uma informação importante. Podemos classificar as ondas de acordo com a necessidade ou não de um meio material (com partículas) para se propagar. Essa diferença separa duas ondas fundamentais para as nossas vidas, som e luz.
