ONDAS

Ondas e som

Surfar, falar ao telefone celular, ouvir música, tocar violão...

Será que existe um fenômeno físico comum a todas essas ações?

Provavelmente, você já ouviu, muitas vezes, a palavra “onda” ou palavras dela derivada. As ondas estão presentes na luz que ilumina o dia; no funcionamento do telefone celular, da TV, do rádio, do forno de microondas, na conversa dos seus amigos, na música que você ouve... Elas estão presentes em praticamente todos os lugares.

O que é uma onda?

Considere uma corda esticada, com uma das suas extremidades presa a uma parede e a outra segura por uma pessoa. Se a pessoa realizar um movimento rítmico de sobe-e-desce com a mão, fará com que uma onda se propague na corda esticada, como mostra o desenho.

Embora a onda se movimente da esquerda para a direita, a corda não se movimenta nesse sentido. Os diversos trechos da corda realizam apenas movimento de sobe-e-desce, mas a corda continua com uma onda presa à mão da pessoa e a outra ponta presa à parede. Em outras palavras, quando uma onda se propaga em uma corda ela não leva a corda consigo.

O conceito de onda

Ondas são perturbações regulares que se propagam, mas não transportam matéria. As ondas apenas transportam energia. A Ondulatória é a parte da física que estuda as ondas e os fenômenos relacionados a elas.

Tipos de ondas

As ondas que produzimos ao tocar as cordas de um violão ou as que se propagam em um lago onde atiramos uma pedra são chamadas de ondas mecânicas.

Ondas mecânicas são aquelas que precisam de um meio material para se propagar. As ondas do mar e as ondas que produzimos numa corda de violão, o som, são exemplos de ondas mecânicas.

Entretanto, nem todas as ondas precisam de um meio para a sua propagação. A luz, por exemplo, é uma onda emitida pelo Sol que se propaga até a Terra sem haver um meio material entre eles. Isso também ocorre com as ondas de rádio, as ondas de raio X e as ondas térmicas. Essas ondas denominadas ondas eletromagnéticas, propagam-se tanto na matéria quanto no vácuo, ou seja, em lugar sem matéria alguma.

As ondas se classificam em ondas mecânicas - aquelas que necessitam de um meio material para se propagar – e ondas eletromagnéticas – que não precisam de um meio material para se propagarem.

Freqüência de uma onda Uma das características importantes de qualquer onda é a sua freqüência, o número de oscilações por unidade de tempo. A unidade mais comum usada internacionalmente para expressar a frequência de uma onda é o hertz, simbolizado por Hz, que equivale a uma oscilação por segundo. Assim, por exemplo, dizer que a corda de um violino, colocada em vibração pelo músico, emite uma onda sonora de freqüência 440 Hz (lê-se 440 hertz), significa dizer que essa onda sonora produzida pelo instrumento realiza 440 oscilações a cada segundo. Outros elementos de uma onda A onda periódica é caracterizada por alguns elementos, que são: Cristas: os pontos mais altos de uma onda são as cristas. Vale: os pontos mais baixos de uma onda forma os vales. Amplitude: é a distância da posição da corda em repouso a uma crista ou a um vale. Comprimento de onda: é a distância entre duas cristas sucessivas ou dois vales sucessivos. Simbolizamos o comprimento de onda pela letra grega l. Período: é o tempo gasto para produzir uma oscilação completa (um ciclo), ou seja, é o tempo em que a fonte gera um ciclo de subida e um de descida. Freqüência: número de oscilações completas (ciclos) geradas por unidade de tempo (minuto, segundo etc.) Em um mesmo meio de propagação, as ondas de maior comprimento terão a menor freqüência, e as de ondas de maior freqüência terão o menor comprimento de onda. Lembre-se! A amplitude e a freqüência de uma onda dependem do movimento que dá origem a essa onda (nos desenhos, o movimento das mãos que vibram a corda). Relacionando período e freqüência Se um fonte produz um vale e uma crista a cada dois segundos, o intervalo de tempo para um ciclo completo é 2 segundos; portanto, o período é 2s. Nesse caso, quantas oscilações completas (uma crista mais um vale) são geradas a cada segundo? A resposta é meia oscilação, ou meio ciclo, gerada a cada 1s. Portanto, o número de oscilações por segundo ou freqüência é 0,5 oscilação em um segundo. Assim, se denominarmos o período de T, e a freqüência de f, no nosso exemplo, teremos T = 2s e f = 0,5 ciclo por segundo. Na linguagem matemática:  e  No Sistema Internacional de Medidas (SI), a unidade do período é o segundo, e a unidade da freqüência é o ciclo por segundo, denominado hertz (Hz). Quando ouvimos dizer que o processador de um computador é de 2,1 gigahertz, isso significa que ele processa 2,1 bilhões de informações por segundo. Quando afirmamos que a freqüência de uma estação de rádio é de 99,7 megahertz, estamos dizendo que a onda de rádio correspondente a essa estação possui 99,7 milhões de oscilações por segundo.  A equação fundamental das ondas Em um determinado meio, as ondas se propagam com certa velocidade. Ou seja, a velocidade de uma onda depende do meio em que ela se propaga. Por exemplo, as ondas eletromagnéticas se propagam no vácuo com a velocidade de 300 000 km em um único segundo! Vamos relacionar a velocidade de propagação das ondas com elementos das ondas que já vimos: freqüência e período. Já sabemos que, para uma determinada velocidade de propagação constante, ou seja, para uma onda se propagando sem mudar de meio, temos: em que: v é a velocidade;                 é a distância percorrida;                 é o tempo. Como sabemos, sendo o período o tempo necessário para ser produzido um ciclo completo, e comprimento de onda a largura de uma crista mais um vale, podemos concluir que a onda percorre um comprimento de onda em um período. em que:  é o comprimento de onda               T é o período                f é a freqüência Acompanhe a situação abaixo, em que relacionaremos a velocidade de propagação, a freqüência e período de uma onda. Uma onda periódica produzida numa corda tem freqüência de 20 Hz e comprimento de onda de 2 m. Calcule a sua velocidade. Portanto, a velocidade dessa onda é de 40 m/s Como a velocidade de uma onda em um determinado meio é constante, podemos constatar que, se aumentarmos a freqüência, diminuirmos o comprimento de onda, e vice-versa. Concluímos então que a freqüência e o comprimento de onda são grandezas inversamente proporcionais.  O espectro eletromagnético O físico e médico inglês Thomas Young (1773-1829) fez seus experimentos sobre a natureza da luz acreditando que ela, de forma semelhante ao som, se propagava em ondas. No entanto, foi o físico e engenheiro francês Augustin Fresnel (1788-1827) quem demonstrou esse fato. Já vimos que as ondas podem ser mecânicas ou eletromagnéticas. As ondas eletromagnéticas diferem entre si quanto à freqüência. Portanto, podemos organizá-las numa seqüência ordenada no sentido crescente das freqüências. Essa seqüência é chamada espectro eletromagnético. No espectro eletromagnético, quanto mais seguimos a direita, maior a freqüência e menor o comprimento de onda. Cada região desse espectro corresponde a ondas que apresentam determinada faixa de freqüência e possui aplicações distintas. As ondas de luz, por exemplo, ocupam determinada região desse espectro. Como freqüência e comprimento de onda são grandezas inversamente proporcionais, podemos apresentar o mesmo espectro eletromagnético indicando o sentido crescente das freqüências e o sentido decrescente dos comprimentos de onda. O meio considerado é o vácuo, em que a velocidade da luz é 300 000 km/s. Como já vimos, quando essas ondas se propagam no vácuo, elas se propagam com a velocidade de 300 000 Km/s. De acordo com a Teoria de Relatividade, de Einstein, esta é a maior velocidade que pode ser alcançada na natureza. As velocidades das ondas eletromagnéticas em outros meios terá um valor distinto de seu valor do vácuo, e sempre menor que ele.