1. A ONDA
A onda é uma perturbação que se propaga pelo espaço. Uma onda transporta energia e não matéria. Observa a corda abaixo. Uma mão oscila e produz um pulso que se propaga pela corda. Ao passar pelo ponto P, ele sobe, desce e retorna para a posição original. Portanto, cada ponto da corda apenas vibra de cima para baixo, mas não se desloca junto com a onda.
2. A NATUREZA DAS ONDAS
As ondas possuem duas naturezas: as ondas mecânicas e as eletromagnéticas.
- Mecânicas: as ondas mecânicas se originam através da deformação de um meio e se propagam através de outro meio material. As ondas sonoras se propagam no ar ou na água, por exemplo. As ondas mecânicas podem se propagar em meios sólidos, líquidos e gases, porém elas não s e propagam no vácuo.
- Eletromagnéticas: as ondas eletromagnéticas são originadas pela movimentação de cargas elétricas. Uma onda de rádio, por exemplo, é produzida por elétrons oscilantes em uma antena. Esse tipo de onda não necessita, obrigatoriamente, de uma meio material para se propagar. Existem inúmeros exemplos desse tipo de onda no cotidiano: raios gama, raios x, ondas de rádio, televisão, wifi, celular, luz visível, infravermelho, ultravioleta.
A figura acima ilustra o que chamamos de espectro eletromagnético, que mostra a frequência de vibração da onda e o seu comprimento de onda. A velocidade máxima de uma onda eletromagnética é a conhecida velocidade da luz no vácuo (c), 3 . 108 m/s = 300.000.000 m/s.
3. TIPOS DE ONDA
Existem dois tipos de onda: transversal e longitudinal. Esses tipos de onda dependem da direção de vibração e propagação.
Ondas transversais: são aquelas onde a direção de propagação da onda é perpendicular a direção de vibração. As ondas eletromagnéticas são exemplos de ondas transversais.
Ondas longitudinais: são aquelas onde a direção de propagação e vibração são as mesmas. As ondas sonoras são exemplos de ondas longitudinais.
4. ELEMENTOS DE UMA ONDA
As ondas possuem os seguintes elementos:
Cristas: pontos mais altos da onda.
Vales: pontos mais baixos da onda.
Amplitude (A): máximo deslocamento da onda em relação a posição de equilíbrio. A amplitude está relacionada com a energia da onda. Quando maior a amplitude de uma onda, maior será a sua energia.
Comprimento de onda (λ): é a distância entre duas cristas, dois vales ou quaisquer dois pontos consecutivos.
Em uma onda periódica (que se repete ao longo do tempo), é possível definir as grandezas período (T) e frequência (f).
Período (T): é o tempo para um ponto completar uma oscilação. Em termos visuais, é o tempo para produzir uma “parte de cima” e uma “parte de baixo” da onda.
Frequência (f): é o número de oscilações por segundo. Na prática, seria o número de ondas completas (parte de cima + parte de baixo) que são produzidas por segundo.
A frequência é medida em hertz (Hz). Os múltiplos kHz (103 Hz), MHz (106 Hz) e GHz (109 Hz) são muito comuns para determinadas frequências.
5. A VELOCIDADE DA ONDA
A velocidade de uma onda pode ser expressa em função do comprimento de onda e da sua frequência. O intervalo de tempo entre o aparecimento de uma crista e outra consecutiva é o período (T) e essa distância é o próprio comprimento de onda (λ). Substituindo essas informações na conhecida fórmula da velocidade média, temos:
\(v =\frac{\Delta s}{\Delta t} = \frac{\lambda}{T} \)
Como o período é o inverso da frequência, temos:
\(v = \lambda .f\)
O comprimento de onda e a frequência são grandezas inversamente proporcionais.
5.1 Propagação de um pulso transversal em uma corda
A velocidade da onda em uma corda depende da corda na qual a onda se propaga. Em cordas mais grossas (e mais pesadas), a velocidade da onda será menor se comparada com uma corda mais fina.
Primeiramente, definimos a densidade linear (μ) de uma corda.
\(\mu \; = \frac{{massa}}{{comprimento}} \to \;\;\mu = \frac{m}{l}\)
A densidade linear é expressa como a razão entre massa (m) e comprimento da corda (l), a sua unidade no S.I é expressa em quilograma por metro (kg/m).
É possível demonstrar que a velocidade da onda em uma corda depende da força de tração (T) sobre a corda e da sua densidade. Essa equação é conhecida como equação de Taylor.