Física
Conceito de onda. Natureza das ondas. Tipos de ondas
Borges e Nicolau
Perturbação ou abalo
Ao jogarmos uma pedrinha nas águas tranquilas de um lago, produzimos no ponto de impacto uma perturbação ou um abalo. A perturbação não fica restrita ao ponto de impacto. Notamos a formação de uma linha circular com centro no ponto de perturbação e raio cada vez maior.
Ao comprimirmos algumas espiras de uma mola tensa, produzimos também uma perturbação que se desloca ao longo da mola.
Uma corda presa numa extremidade é mantida tensa. Produzimos na outra extremidade uma perturbação subindo e descendo rapidamente com a mão, formando um pulso. O pulso se desloca ao longo da corda.
Onda é qualquer perturbação que se propaga.
Em todos os exemplos mostrados se provocarmos perturbações sucessivas, teremos um trem de ondas. Se os pulsos forem produzidos em iguais intervalos de tempo, a onda é periódica.
Observe a rolha de cortiça flutuando na água na primeira figura. Ao ser atingida pela onda, ela oscila para cima e para baixo, indo um pouquinho para frente e um pouquinho para trás. Mas a rolha não é transportada. De um modo geral podemos dizer que:
Toda onda transmite energia sem transportar matéria.
Natureza das ondas
As ondas quanto à sua natureza são classificadas em ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas.
a) Ondas mecânicas: são produzidas pela deformação de um meio material. São exemplos: ondas em cordas, ondas na superfície de um líquido, ondas em molas, ondas sonoras.
As ondas mecânicas não se propagam no vácuo.
b) Ondas eletromagnéticas: são produzidas por cargas elétricas oscilantes. As cargas elétricas oscilantes geram campos elétricos e magnéticos que se propagam no espaço, constituindo as ondas eletromagnéticas. São exemplos: ondas de rádio, ondas de radar, microondas, ondas luminosas (luz), ondas infravermelha, ondas ultravioleta, raios-X.
As ondas eletromagnéticas propagam?se no vácuo e em certos meios materiais.
Tipos de Ondas
Vamos classificar as ondas comparando a direção de propagação coma direção de vibração "das partículas" atingidas pela onda. De acordo com esta classificação as ondas podem ser longitudinais, transversais ou mistas.
Ondas longitudinais: a direção de propagação coincide com a direção de vibração.
Exemplos:
a) Onda numa mola depois que algumas espiras são comprimidas
b) Som nos fluidos
Ondas transversais: a direção de propagação é perpendicular à direção de vibração.
Exemplos:
a) Ondas em cordas.
b) Ondas eletromagnéticas
Ondas mistas: as partículas vibram longitudinal e transversalmente ao mesmo tempo.
Equação fundamental das ondas
Vamos considerar uma corda tensa presa numa extremidade e na extremidade livre O vamos ligar uma fonte de modo que o ponto O oscile entre os pontos A e A?: O?A; A?O; O?A?; A??O, completando um ciclo. Seja T o período de oscilação da fonte e f sua frequência.
A distância percorrida pela onda, no intervalo de tempo igual a um período (T), é denominado comprimento de onda (?).
Sendo v a velocidade de propagação da onda, podemos escrever:
Mas, f = 1/T logo, temos a equação fundamental das ondas:
Observações:
? A frequência de uma onda é a frequência da fonte que a emite. Assim a frequência de uma onda depende da fonte e não do meio onde se propaga.
? A velocidade de propagação de uma onda mecânica só depende do meio material atravessado pela onda.
? O comprimento de onda depende da fonte e do meio.
? Os pontos mais altos das ondas que se propagam numa corda são denominados cristas e os mais baixos, vales.
Exercícios básicos
Exercício 1:
Assinale as proposições corretas
I) Onda de rádio é uma onda sonora
II) Raios laser é uma onda eletromagnética.
III) Som é uma onda mecânica, não se propaga no vácuo.
IV) Luz é uma onda eletromagnética. Propaga-se no vácuo e em certos meios materiais.
Exercício 2:
Deixa cair uma pedrinha nas águas tranquilas de uma lago. No instante do impacto dispara-se um cronômetro (t = 0). Observa-se a formação de uma onda circular cujo raio é de 50 cm no instante t = 10 s.
a) Qual é a velocidade de propagação da onda?
b) Depois de quanto tempo a onda atinge a margem do lago, situado a 2,0 m do ponto de impacto da pedra?
Exercício 3:
Texto: A mão da pessoa, segurando a extremidade de uma corda tensa e flexível, produz uma perturbação que se propaga ao longo da corda. A perturbação denomina-se pulso e o movimento do pulso constituí uma onda. A mão da pessoa é a fonte e a corda é o meio em que a onda se propaga.
Observe na figura uma onda periódica propagando-se numa corda.
a) Classifique o tipo de onda, dizendo se é transversal ou longitudinal.
b) O que representam as distâncias a e ?.
c) Quais os nomes que são dados aos pontos A e B? E aos pontos C e D?
Exercício 4:
Observe uma onda periódica propagando-se em uma mola. Classifique o tipo de onda, dizendo se é transversal ou longitudinal.
Exercício 5:
A forma de uma corda, num determinado instante, por onde uma onda se propaga, está representada abaixo. A velocidade de propagação da onda na corda é de 10 cm/s. Determine a frequência e o comprimento de onda.
Exercício 6:
A vibração de uma fonte produz, em 5 segundos, ondas em uma corda que apresenta o aspecto indicado na figura. Determine:
a) a frequência
b) o comprimento de onda
c) a velocidade de propagação.
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Ao jogarmos uma pedrinha nas águas tranquilas de um lago, produzimos no ponto de impacto uma perturbação ou um abalo. A perturbação não fica restrita ao ponto de impacto. Notamos a formação de uma linha circular com centro no ponto de perturbação e raio cada vez maior.
Ao comprimirmos algumas espiras de uma mola tensa, produzimos também uma perturbação que se desloca ao longo da mola.
Uma corda presa numa extremidade é mantida tensa. Produzimos na outra extremidade uma perturbação subindo e descendo rapidamente com a mão, formando um pulso. O pulso se desloca ao longo da corda.
Onda é qualquer perturbação que se propaga.
Em todos os exemplos mostrados se provocarmos perturbações sucessivas, teremos um trem de ondas. Se os pulsos forem produzidos em iguais intervalos de tempo, a onda é periódica.
Observe a rolha de cortiça flutuando na água na primeira figura. Ao ser atingida pela onda, ela oscila para cima e para baixo, indo um pouquinho para frente e um pouquinho para trás. Mas a rolha não é transportada. De um modo geral podemos dizer que:
Toda onda transmite energia sem transportar matéria.
Natureza das ondas
As ondas quanto à sua natureza são classificadas em ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas.
a) Ondas mecânicas: são produzidas pela deformação de um meio material. São exemplos: ondas em cordas, ondas na superfície de um líquido, ondas em molas, ondas sonoras.
As ondas mecânicas não se propagam no vácuo.
b) Ondas eletromagnéticas: são produzidas por cargas elétricas oscilantes. As cargas elétricas oscilantes geram campos elétricos e magnéticos que se propagam no espaço, constituindo as ondas eletromagnéticas. São exemplos: ondas de rádio, ondas de radar, microondas, ondas luminosas (luz), ondas infravermelha, ondas ultravioleta, raios-X.
As ondas eletromagnéticas propagam?se no vácuo e em certos meios materiais.
Tipos de Ondas
Vamos classificar as ondas comparando a direção de propagação coma direção de vibração "das partículas" atingidas pela onda. De acordo com esta classificação as ondas podem ser longitudinais, transversais ou mistas.
Ondas longitudinais: a direção de propagação coincide com a direção de vibração.
Exemplos:
a) Onda numa mola depois que algumas espiras são comprimidas
b) Som nos fluidos
Ondas transversais: a direção de propagação é perpendicular à direção de vibração.
Exemplos:
a) Ondas em cordas.
b) Ondas eletromagnéticas
Ondas mistas: as partículas vibram longitudinal e transversalmente ao mesmo tempo.
Equação fundamental das ondas
Vamos considerar uma corda tensa presa numa extremidade e na extremidade livre O vamos ligar uma fonte de modo que o ponto O oscile entre os pontos A e A?: O?A; A?O; O?A?; A??O, completando um ciclo. Seja T o período de oscilação da fonte e f sua frequência.
A distância percorrida pela onda, no intervalo de tempo igual a um período (T), é denominado comprimento de onda (?).
Sendo v a velocidade de propagação da onda, podemos escrever:
v = ?s/?t => v = ?/T
Mas, f = 1/T logo, temos a equação fundamental das ondas:
v = ?.f
Observações:
? A frequência de uma onda é a frequência da fonte que a emite. Assim a frequência de uma onda depende da fonte e não do meio onde se propaga.
? A velocidade de propagação de uma onda mecânica só depende do meio material atravessado pela onda.
? O comprimento de onda depende da fonte e do meio.
? Os pontos mais altos das ondas que se propagam numa corda são denominados cristas e os mais baixos, vales.
Exercícios básicos
Exercício 1:
Assinale as proposições corretas
I) Onda de rádio é uma onda sonora
II) Raios laser é uma onda eletromagnética.
III) Som é uma onda mecânica, não se propaga no vácuo.
IV) Luz é uma onda eletromagnética. Propaga-se no vácuo e em certos meios materiais.
Exercício 2:
Deixa cair uma pedrinha nas águas tranquilas de uma lago. No instante do impacto dispara-se um cronômetro (t = 0). Observa-se a formação de uma onda circular cujo raio é de 50 cm no instante t = 10 s.
a) Qual é a velocidade de propagação da onda?
b) Depois de quanto tempo a onda atinge a margem do lago, situado a 2,0 m do ponto de impacto da pedra?
Exercício 3:
Texto: A mão da pessoa, segurando a extremidade de uma corda tensa e flexível, produz uma perturbação que se propaga ao longo da corda. A perturbação denomina-se pulso e o movimento do pulso constituí uma onda. A mão da pessoa é a fonte e a corda é o meio em que a onda se propaga.
Observe na figura uma onda periódica propagando-se numa corda.
a) Classifique o tipo de onda, dizendo se é transversal ou longitudinal.
b) O que representam as distâncias a e ?.
c) Quais os nomes que são dados aos pontos A e B? E aos pontos C e D?
Exercício 4:
Observe uma onda periódica propagando-se em uma mola. Classifique o tipo de onda, dizendo se é transversal ou longitudinal.
Exercício 5:
A forma de uma corda, num determinado instante, por onde uma onda se propaga, está representada abaixo. A velocidade de propagação da onda na corda é de 10 cm/s. Determine a frequência e o comprimento de onda.
Exercício 6:
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a) a frequência
b) o comprimento de onda
c) a velocidade de propagação.
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