Ondas mecânicas

Introdução

Quem nunca sentiu a dupla sensação de fascínio e medo diante do vasto oceano, com as suas ondas fantásticas, ao mesmo tempo belas e tenebrosas? A vontade de dominar esta força da natureza faz os Homens desafiarem os perigos ocultos nas ondas do mar. Não raras vezes, os pescadores fazem-se ao mar, enfrentando grandes ondas, para conseguirem o alimento para o seu sustento. Sem a existência das ondas, muitas maravilhas dos tempos modernos, como a Televisão, a Internet a Rádio, os telefones celulares, não seriam possíveis.

Neste presente trabalho, abordar-se-á, sobre ondas mecânicas, onde teremos os tipos e as suas características.

Ondas mecânicas

Quando colocamos uma fila de dominós e derrubamos o primeiro, podemos dizer que causamos uma perturbação no primeiro dominó. Contudo todas as outras peças irão cair em seguida. Este é o famoso “efeito dominó”, que nos permite ver o que é uma perturbação propagar-se de um lugar para outro, a perturbação causada no primeiro dominó chegou até ao último, derrubando-o, apesar de cada dominó não ter saído da sua posição inicial.

Com uma onda ocorre algo semelhante: uma perturbação é causada, por alguém, ou por alguma fonte, propagando-se de um ponto para o outro sob a forma de impulsos. Por exemplo:

Quando uma gotinha de água cai num lago de águas tranquilas, a partir do ponto de impacto, tornam-se ondas circulares de raios cada vez maiores, que se propagam em todas as direções, na superfície do lago. A pequena gota ao cair perturbou a superfície da água do lago, levando à formação de pequenas ondulações que tem origem no local onde a gota caiu. Uma pessoa prende uma das extremidades duma corda a uma parede e, aplicando à outra extremidade impulsos verticais, provoca uma perturbação que se propaga através da corda até à parede.

        

·       Numa mola helicoidal produz-se uma onda mecânica que se propaga ao longo do eixo da mola se comprimirmos e descomprimirmos as suas espiras.

·       O som também é uma onda que transfere energia por variações de pressão no meio em que se propaga. O som, para se propagar, necessita de um meio material, seja ele, sólido, líquido ou gasoso.

Todas estas ondas transferem energia de um ponto para outro num determinado meio (água, corda, mola, ar), quer dizer, elas necessitam de um suporte material para se propagarem, porque resultam da vibração das partículas do meio. São, por isso, chamadas “ondas mecânicas”.

Onda mecânica é uma propagação periódica de oscilações, através de um meio elástico.

As ondas mecânicas poderão ser produzidas igualmente por duas pessoas, segurando extremidades opostas de corda flexível.

Se, num dado momento uma delas sacode bruscamente a corda para cima, e em seguida para baixo, provoca, nessa extremidade, uma perturbação ou onda mecânica que se transmite ao longo da corda.

Movimento ondulatório

Uma onda periódica é uma perturbação periódica que se move através de um meio. Imaginemos, uma pessoa a movimentar a corda com a sua mão, para cima e para baixo.

Neste caso, teremos uma série de pulsos, voltados alternadamente para cima e para baixo, a propagarem-se ao longo da corda.

Dizemos que esta série de pulsos constitui uma onda a propagar-se na corda. Os pontos mais altos dos pulsos que estão voltados para cima são denominados cristas da onda e os pontos mais baixos dos pulsos inferiores são os vales da onda.

Um ponto qualquer do meio material (no caso da corda), ao ser atingido pela onda, inicia um movimento vibratório, oscilando enquanto a onda passa por ele.

A amplitude e a frequência de vibração deste ponto definem a amplitude e a frequência da onda:

A amplitude e a frequência de uma onda são a amplitude e a frequência das vibrações de um ponto do meio no qual ela se propaga.

Observa-se assim, que a amplitude e a frequência do movimento ondulatório são determinadas pelo movimento da mão da pessoa que deu origem a onda.

Isto significa que se a pessoa desejar produzir uma onda de maior amplitude, ela deverá simplesmente aumentar a amplitude de vibração da mão.

Do mesmo modo, ela pode fazer variar a frequência da onda alterando a frequência com que a sua mão oscila.

Em qualquer uma das situações a frequência do movimento ondulatório será sempre igual à frequência com que a mão da pessoa está a oscilar. Evidentemente, sendo T o período da onda (período de oscilação de um ponto do meio) e f  a sua frequência, é válida, também aqui, a relação  que já conhecemos.

Tipos de ondas

Existem dois grandes tipos de ondas que são os seguintes: ondas transversais e longitudinais.

Uma onda em que a vibração dos pontos ocorre numa direcção perpendicular à direcção de propagação, é denominada onda transversal.

Numa onda transversal, a direcção da vibração dos pontos ocorre perpendicularmente à direcção de propagação.

Podemos sim fazer uma onda como esta propagar-se não apenas numa corda, mas também, por exemplo, numa mola esticada ou ao longo de um tubo de borracha.

As ondas luminosas são exemplos de ondas transversais. Exemplos:

No entanto, se uma pessoa movimentar para a frente e para trás a extremidade de uma mola esticada, dando a esta extremidade um movimento oscilatório na direcção da própria mola, verificaremos que um distúrbio. Constituído por uma série de “compressões” e “rarefacções”, propaga-se ao longo da mola.

Um distúrbio como este propagando-se na mola é denominado onda longitudinal.

Numa onda longitudinal, a direcção da vibração dos pontos ocorre paralelamente à direcção de propagação, ou seja, é a mesma. As ondas sonoras são exemplos de ondas longitudinais.

Certas ondas só se propagam em meios materiais, sendo denominadas ondas mecânicas. As ondas numa corda e numa mola são exemplos deste tipo de ondas. As ondas mecânicas só se propagam em meios que sejam formados partículas.

As ondas sonoras, as ondas do mar e as ondas sísmicas são ondas mecânicas, pois necessitam de um meio material (sólido, liquido ou gasoso) para se propagarem.

As ondas electromagnéticas, como, por exemplo, as ondas luminosas, não necessitam de um meio material para se propagarem, ou seja, propagam-se no vazio.

Características de uma onda

Amplitude (A): é o desvio máximo do oscilador em relação a posição de equilíbrio.

Período (T): é o tempo necessário para se produzir uma vibração.

Frequência (f): é o número de oscilações que a onda executa num determinado intervalo de tempo.

A frequência de uma onda é igual à frequência da fonte que a originou.

  Se n=1 oscilação, então  =T   

A unidade da frequência, no Sistema Internacional é o Hertz (Hz) em homenagem ao físico alemão Heinrich Hertz que provocou experimentalmente a existência de ondas electromagnéticas.

Comprimento de onda (): é a distância entre duas cristas consecutivas ou ainda, a distância entre dois vales consecutivos.

Quanto maior for o comprimento de onda, menor será a frequência, isto é, a frequência e o comprimento de onda são grandezas inversamente proporcionais.

Velocidade (v): toda onda possui uma determinada velocidade. Só assim a energia pode ser transferida de um ponto para o outro. A velocidade da onda depende muito do meio material onde ela se move, podendo ser determinada pelo produto da frequência (f) pelo comprimento da onda .

 como   podemos escrever..    1 m/s = 3,6 km/h = 100 cm/s

Conclusão

No presente trabalho constatou-se que as ondas mecânicas poderem ser produzidas através de duas pessoas, segurando extremidades opostas de corda flexível e que estas podem ser transversais quando numa onda em que a vibração dos pontos ocorre numa direcção perpendicular à direcção de propagação, e longitudinais quando a direcção da vibração dos pontos ocorre paralelamente à direcção de propagação.

Percebemos também que as ondas são caracterizadas por apresentarem amplitudes, períodos, cristas, vales, frequência e mais.

Bibliografia

Livro de Física da 10ª classe, Plural Editores;

Livro de Física da 10ª classe Texto Editores.