Ondulatória: Tudo sobre os Fenômenos, Propagação e Classificação

Ondulatória é a parte da física que estuda os tipos de ondas, sejam elas eletromagnéticas (definição na Wikipédia), como a luz e e até mesmo a sensação de calor, ou mecânicas a exemplo das oscilações que ocorrem na superfície das águas, que é o caso das ondas do mar.

Na ondulatória, as ondas são o resultado de várias perturbações que oscilam, chamadas de pulso, que se propagam em um determinado espaço. Elas são formadas através de um estímulo, chamado de fonte, que serão responsáveis pela origem das ondas.

De acordo com a ondulatória, as ondas são capazes de transportar energia sem transportar a matéria. Podemos usar por exemplo o barulho do trovão pode ser escutado, mas não precisa que a matéria se desloque até os ouvidos.

Vamos falar sobre esse fenômeno da física e, se você ficar com dúvidas, é só deixar nos comentários.

Ondulatória
Ondulatória é a parte da física que estuda todos os tipos de ondas, sejam elas eletromagnéticas, como a luz, ou mecânicas

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O que é a Teoria Ondulatória?

Teoria ondulatória, ou teoria ondulatória (da luz), considera seus vários fenômenos como devidos a ondulações em um meio etéreo, propagado do radiante com velocidades imensas, mas mensuráveis, e produzindo diferentes impressões na retina de acordo com sua amplitude e frequência, a sensação do brilho dependendo do primeiro, da cor do segundo.

Supõe-se que as ondulações ocorram, não na direção de propagação, como nas ondas de ar que constituem o som, mas transversalmente, e os vários fenômenos de refração, polarização, interferência, etc., são atribuíveis às diferentes afecções dessas ondulações em diferentes circunstâncias de propagação.

Calcula-se que a frequência das ondulações correspondentes às diversas cores do espectro varia de 458 milhões de milhões por segundo para o extremo vermelho, a 727 milhões de milhões para o extremo violeta, e seus comprimentos para as mesmas cores, de trinta e oito milésimos a sessenta milésimos de polegada. A teoria das ondulações etéreas é aplicável não apenas aos fenômenos da luz, mas também aos do calor. Os tipos de ondas que são estudadas nessa teoria são:

  • Ondas estacionárias: ondas que permanecem estáticas, resultado da interferência de duas ondas senoidais iguais, que propagam-se em sentido oposto. Este é o caso das vibrações obtidas por uma corda de violino, por exemplo
  • Ondas senoidais: ondas que se movem com perturbações que podem variar de acordo com o tempo (t) e a distância

Elementos da onda

As características das ondas podem variar de acordo com o comprimento, frequência, amplitude e velocidade. Para entendermos sobre o comportamento das ondas é fundamental a compreensão do conceito de dois elementos:

  • crista, que se caracteriza pelo seu ponto mais alto
  • vale definido como sua parte mais baixa.
  1. Comprimento de onda e número de onda – é o tamanho medido por uma onda, podemos considerar que o tamanho é a distância percorrida entre duas cristas ou entre os vales. Esta equação é simbolizada pela letra grega lambda
  2. Amplitude – é a altura atingida por uma onda, ou seja, é a distância entre a crista e o vale de uma onda
  3. Velocidade – é a velocidade que a onda leva para se propagar
  4. Frequência e período – o período é o tempo (T) de um ciclo completo de uma oscilação de uma onda. A frequência (f) é o período dividido por uma unidade de tempo (exemplo: um segundo) e é expressa em hertz.
Elementos da ondulatória
Elementos da ondulatória

As ondas viajam através de um meio , que atua como um portador de energia. Esses meios podem ser sólidos, líquidos ou gases. No entanto, nem todas as ondas precisam de um meio para se propagar ou viajar. Ondas mecânicas são vibrações ou perturbações que requerem um meio para se propagar. Ondas na água, ondas sonoras e ondas em uma corda são exemplos de ondas mecânicas. A velocidade de propagação das ondas mecânicas depende das propriedades do meio de propagação das ondas.

As ondas eletromagnéticas não precisam de um meio para se propagar. Essas ondas (por exemplo, ondas de rádio, luz visível e raios X) podem viajar no vácuo, mas também podem passar por um meio, se necessário. Quando uma onda eletromagnética viaja através de um meio, sua velocidade de propagação de onda também é afetada pelas propriedades do meio. em geral, quanto maior a densidade óptica do meio, menor a velocidade das ondas eletromagnéticas (por exemplo, a luz). Por exemplo, a luz visível diminui à medida que se move do ar para o vidro, permitindo que ocorra refração ou curvatura da luz.

Classificação das Ondas

Diferentes tipos de ondas têm diferentes conjuntos de características. Com base na orientação do movimento das partículas e na direção da energia, existem três categorias:

  • Ondas mecânicas: Trata-se de ondas que se propagam somente em meios materiais e são governadas pelas Leis de Newton. Alguns exemplos são as ondas do mar, que são perturbações que se propagam através da água; e as ondas sonoras, que se propagam através dos gases, líquidos e sólidos.
  • Ondas eletromagnéticas: São ondas que se propagam no vácuo com a mesma velocidade e são resultantes da combinação entre o campo elétrico e o campo magnético. São exemplos: luz, ondas de rádio e o raio-x.
  • Ondas de matéria: Ondas utilizadas em laboratório, que estão associadas a elétrons, prótons e outras partículas elementares, além de átomos e moléculas.

Direção de vibração

Todos os fenômenos ondulatórios são caracterizados pela transmissão de algum tipo de vibração. Portanto, é lógico estudar primeiro as ondas e vibrações, especialmente as vibrações harmônicas. Uma partícula que oscila em torno de um ponto de equilíbrio, sujeita a uma força proporcional à distância a esse ponto, tem um movimento vibratório harmônico simples. Uma mola que é levada a vibrar por uma força que a mantém fora do equilíbrio é um bom exemplo.

  • Ondas transversais: São ondas em que as vibrações possuem um ângulo de 90 graus, é perpendicular em relação à direção da propagação das ondas. Este é o exemplo das ondas das cordas e das ondas do eletromagnetismo.
  • Ondas longitudinais: São ondas em que as vibrações ocorrem na mesma direção do movimento. Este é o exemplo das ondas sonoras.

Direção de propagação

A propagação de ondas é um termo usado para descrever a maneira como as ondas viajam ou se movem. Sem a propagação das ondas, o fenômeno envolvendo ondas, som e luz não será possível. O som não será produzido sem a vibração de partículas no ar, por exemplo. A luz e outras partes das ondas eletromagnéticas não serão produzidas sem a vibração de partículas carregadas.

  • Onda unidimensional: Ondas que se propagam em uma mesma direção. Exemplo: Ondas em cordas.
  • Ondas bidimensionais: São ondas que se propagam sobre um mesmo plano. São quando duas linhas nodais, que divide-se em duas partes, vibram em sentido contrário e cruzam o centro. Este exemplo ocorre na superfície de um lago.
  • Ondas tridimensionais: Ondas que se propagam em todas as direções. Como exemplo podemos citar as ondas sonoras na atmosfera ou em metais. Quanto aos meios em que essas ondas se propagam podemos citar:
    • Meios lineares: se diferentes ondas de qualquer ponto particular do meio em questão podem ser somadas.
    • Meios limitados: se ele é finito em extensão, caso contrário são considerados ilimitados.
    • Meios uniformes: se suas propriedades físicas não podem ser modificadas de diferentes pontos.
    • Meios isotrópicos: se suas propriedades físicas são as mesmas em quaisquer direção.

Velocidade de Propagação da Onda

Todas as ondas têm as seguintes propriedades comuns: frequência, amplitude, comprimento de onda e velocidade.

  • A frequência refere-se ao número de ondas que passam por um ponto fixo por intervalo de tempo.
  • Amplitude refere-se ao deslocamento máximo de um ponto na onda a partir da posição de equilíbrio.
  • O comprimento de onda, por outro lado, refere-se à distância entre sucessivas cristas ou vales em uma onda.

O ponto mais alto da onda é a crista, enquanto o ponto mais baixo de uma onda é a depressão. A frequência e o comprimento de onda estão inversamente relacionados entre si. As ondas de alta frequência têm comprimentos de onda mais curtos, enquanto as ondas de baixa frequência são compostas por comprimentos de onda mais longos.

As ondas viajam através de um meio a uma velocidade específica. A velocidade de propagação da onda quantifica o quão rápido a onda viaja e é dada por em=feu, onde v é a velocidade da onda em metros por segundo (m/s), f é a frequência em hertz (Hz ou 1/s) e ue é o comprimento de onda em metros (m). As ondas eletromagnéticas, como a luz visível, têm uma velocidade constante de 3,0×× 1088m/s no vácuo, as ondas sonoras viajam a uma velocidade de 343 m/s no ar seco a uma temperatura de 20° C.

Fenômenos Ondulatórios

Fenômenos ondulatórios referem-se a um conjunto de eventos que ocorrem em ondas quando elas interagem com o ambiente ou outras ondas. Estes fenômenos podem ser observados em várias formas de ondas, incluindo ondas sonoras, ondas eletromagnéticas e ondas mecânicas. Eles são:

Reflexão

A reflexão ocorre quando uma onda atinge uma superfície e retorna ao meio em que estava se propagando. A direção em que a onda se propaga após a reflexão depende do ângulo de incidência da onda e do ângulo de reflexão.

O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência, e a lei da reflexão é usada para calcular a direção em que a onda se propaga após a reflexão.

Reflexo
Reflexo

Refração

A refração ocorre quando uma onda passa de um meio para outro meio com densidades diferentes, como quando a luz passa do ar para a água. A refração é responsável pelo fenômeno de desvio de trajetória e pode ser descrita pela lei de Snell, que relaciona o ângulo de incidência da onda com o ângulo de refração.

Absorção

A absorção ocorre quando uma onda é absorvida por um meio e sua energia é convertida em outra forma de energia. Isso pode acontecer, por exemplo, quando as ondas sonoras são absorvidas pelas paredes de um quarto, convertendo a energia sonora em energia térmica.

Polarização

A polarização ocorre quando as ondas eletromagnéticas são direcionadas em uma direção específica. O fenômeno ocorre quando a onda passa por um material polarizador que permite apenas a transmissão de ondas eletromagnéticas em uma direção específica.

Dispersão

Dark side of the moon
Dark Side of the Moon

A dispersão ocorre quando as ondas são separadas em suas componentes individuais devido a diferenças em suas velocidades de propagação. Isso pode ser visto quando a luz branca é refratada através de um prisma, produzindo um arco-íris.

Um exemplo famoso que mostra esse fenômeno é a capa do disco “Dark Side of the Moon” da banda Pink Floyd.

Difração

A difração ocorre quando as ondas passam por uma abertura ou objeto e se curvam em torno dele. Isso pode ser visto quando as ondas sonoras passam por uma porta e são ouvidas do outro lado.

Interferência

A interferência ocorre quando duas ou mais ondas se encontram e se combinam para criar uma nova onda resultante. Isso pode ser visto quando duas ondas sonoras com frequências diferentes se sobrepõem e criam uma interferência construtiva ou destrutiva.

Ressonância

A ressonância ocorre quando uma onda de frequência específica causa uma vibração em um objeto com a mesma frequência natural de vibração. Isso pode ser visto quando um cantor quebra uma taça de vidro com sua voz, porque a frequência de sua voz coincide com a frequência natural de vibração da taça de vidro.

Fórmulas da Ondulatória

Existem várias fórmulas importantes em ondulatória, aqui estão algumas das mais comuns:

Velocidade da onda

v=λ⋅f

v – velocidade da onda
λ – comprimento de onda
f – frequência em Hertz.

Frequência da onda

f = 1/T

f – frequência em Hertz
T – período

f=n/Δt

f – frequência em Hertz
n – número de ondulações
T – período

Comprimento de onda

λ = v/f

λ – comprimento de onda
v – velocidade da onda
f – frequência

Período da onda

T = 1/f

T – período em segundos
f – frequência.

T=Δt/n

T – período em segundos
Δt – variação de tempo
n – número de ondulações

Amplitude da onda

A = (y max – y min)/2

A – amplitude
y max – altura máxima da onda
y min é a altura mínima da onda.

Velocidade de propagação de uma onda em uma corda esticada

v = sqrt(T/μ)

v – velocidade de propagação
T – tensão na corda
μ – densidade linear da corda.
O símbolo “sqrt” na fórmula representa a operação matemática de raiz quadrada.

Intensidade de onda

I = P/A

I – intensidade
P – potência da onda
A – área transversal à direção de propagação da onda.

Equação de Taylor (ondas em uma corda)

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v – velocidade de propagação da onda, medida em [m/s]
F – intensidade da força de tração na corda, medida em Newton [N]
m – massa da corda, medida em quilograma [kg]

FAQ Rápido

O que é ondulatória?

Ondulatória é a parte da física que estuda os tipos de ondas, sejam elas eletromagnéticas, como a luz, ou mecânicas a exemplo das oscilações que ocorrem na superfície das águas, que é o caso das ondas do mar.

O que são ondas estacionárias?

Ondas que permanecem estáticas, resultado da interferência de duas ondas senoidais iguais, que propagam-se em sentido oposto. Este é o caso das vibrações obtidas por uma corda de violino, por exemplo

O que são ondas senoidais?

Ondas que se movem com perturbações que podem variar de acordo com o tempo (t) e a distância

O que é crista e o que é vale?

São elementos da onda. Crista, se caracteriza pelo seu ponto mais alto. Vale definido como sua parte mais baixa.

Quais as classificações das ondas?

Natureza das ondas divididas em: ondas mecânicas, eletromagnéticas e de matéria. Direção de vibração dividas em: ondas transversais ou longitudinais. E direção de propagação: unidimensional, bidimensionais e tridimensionais.

As ondas se propagam em quais meios?

  • Meios lineares: se diferentes ondas de qualquer ponto particular do meio em questão podem ser somadas.
  • Meios limitados: se ele é finito em extensão, caso contrário são considerados ilimitados.
  • Meios uniformes: se suas propriedades físicas não podem ser modificadas de diferentes pontos.
  • Meios isotrópicos: se suas propriedades físicas são as mesmas em quaisquer direção.
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