ondas

Introdução

Em nosso meio, estamos rodeados por ondas, mecânicas, sonoras, luminosas, de rádio eletromagnéticas, etc. Graças a elas é que existem muitas maravilhas do mundo moderno, como a televisão, o rádio, telecomunicações via satélite, o radar, o forno de microondas, imagens eletrônicas e as mais recentes aplicações bélicas do sistema GPS, Raio X, telecomunicações, etc.

Neste presente trabalho, abordar-se-á, sobre ondas mecânicas, onde teremos os tipos, as caracteristicas, e com as respectivas ilustrações para cada tipo.

Conceitos básicos

Pulso: É a perturbação produzida em um ponto de um meio.

Onda: É o movimento provocado pela perturbação que se propaga em um meio.

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:

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

·       A queda de uma gota de água, na superfície tranquila de um liquido, produz uma perturbação que se propaga segundo circunferências e raios crescentes.

·       Quando duas pessoas seguram as extremidades opostas de uma corda flexível e uma delas sacode bruscamente a corda para cima e, em seguida, para baixo, provoca nesse ponto uma perturbação que se propaga por toda a corda até à outra extremidade.

·       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.

Em suma:

Ø Numa onda transversal, os pontos do meio no qual ela se propaga vibram perpendicularmente em relação à direcção de propagação da onda;

Ø Numa onda longitudinal, os pontos do meio no qual ela se propaga vibram paralelamente, ou seja, coincidem em relação à direcção de propagação da onda.

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.

Velocidade de propagação de uma onda

A velocidade de uma onda num meio é a velocidade com que os pulsos da onda se propagam nesse meio, isto é, a velocidade de uma onda depende do meio em que se propaga.

Periodo

Comprimento

Amplitude

Amplitude

 è

Onde  é o comprimento

 Periodo

f

Para uma corda, por exemplo, verifica-se que quanto mais grossa ela for (maior massa por unidade de comprimento), menor será a velocidade da onda.

Esta velocidade depende, também, da tensão a que a corda está submetida: quanto mais esticada ela estiver, maior será a velocidade de propagação da onda.

Grandezas fisicas que caracterizam uma onda mecânica

Amplitude da onda (A) - É a medida da altura da onda para voltagem positiva ou negativa. Também é definida como crista da onda. A amplitude do sinal digital é igual a diferença da voltagem para o degrau entre 0 e 1. Iniciando na voltagem zero, a onda cresce e atinge a amplitude, decresce, se anula, atinge a amplitude negativa e volta a crescer até se anular novamente. Essa seqüência compõe um ciclo.

Freqüência (f) - É o número de ciclos por segundo, ou o número de cristas por segundo. Um ciclo é também denominado por 1 Hertz = 1 Hz, medida visual de freqüência.

Elongação ( y ) – ë o valor algébrico da ordenada do ponto oscilante da onda.

Velocidade de fase – É a velocidade de propagação de uma onda, ou seja, a velocidade das cristas, dos vales, assim como todas as outras fases.( É a velocidade que um ponto qualquer da onda se desloca).

Período ( T ) – Intervalo de tempo (s) de uma oscilação completa de qualquer ponto da onda.

Cristas (C 1 e C 2 ) - picos de energia máximos de uma onda.

Vales (V 1, V 2 , V 3 ) - picos de energia mínimos de uma onda.

Comprimento de Onda ( λ ) - É a menor distância entre dois pontos que vibram em concordância de fase, em particular é a distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos.

Conclusão

No trabalho acima apresentado, percebe-se que onda mecânica é uma propagação periódica de oscilações, através de um meio elástico e que a mesma subdivide-se em dois grandes tipos que são: onda transversal em que a direcção da vibração dos pontos ocorre perpendicularmente à direcção de propagação e onda longitudinal, onde a direcção da vibração dos pontos ocorre paralelamente à direcção de propagação, ou seja, é a mesma.

Bibliografia

Livro de Fisica da 10ª classe, Longman Moçambique, 1ª edicão, 2010, Maputo;

Livro de Fisica da 10ª classe, Plural Editores;

Livro de Fisica da 10ª classe Texto Editores.