Fenômenos ondulatórios

Todos os fenômenos ondulatórios existentes na natureza ocorrem devido à propagação de diferentes tipos de ondas. Ondas são movimentos bem específicos, caracterizados por pulsos ou sucessivos pulsos, em que há, exclusivamente, a propagação de energia.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre fenômenos ondulatórios
• 2 - O que são fenômenos ondulatórios?
• 3 - Quais os tipos de fenômenos ondulatórios?
• 4 - Exemplos dos fenômenos ondulatórios
  • a) Fenômenos ondulatórios mecânicos
  • b) Fenômenos ondulatórios eletromagnéticos
• 5 - Fenômenos ondulatórios no dia a dia
• 6 - Exercícios resolvidos sobre fenômenos ondulatórios

Resumo sobre fenômenos ondulatórios

• Fenômenos ondulatórios são compostos por ondas e importantíssimos para o desenvolvimento da sociedade moderna.
• As ondas são formas de propagação de energia.
• Fenômenos ondulatórios são caracterizados pela propagação de ondas.
• Os fenômenos ondulatórios são:
  • reflexão: é a propriedade que está relacionada ao fato de os fenômenos ondulatórios serem refletidos;
  • difração: é a propriedade dos fenômenos ondulatórios de contornarem os obstáculos;
  • refração: é a propriedade de mudança de velocidade de propagação dos fenômenos ondulatórios;
  • polarização: é a característica dos fenômenos ondulatórios serem filtrados;
  • ressonância: é quando a frequência de oscilação de um fenômeno ondulatório coincide com a frequência natural de oscilação de um sistema físico;
  • dispersão: é a propriedade dos fenômenos ondulatórios serem combinados, resultando na mudança da velocidade da onda resultante;
  • interferência: é a propriedade dos fenômenos ondulatórios poderem ser somados ou diminuídos.
• A luz solar e o som são exemplos de ondas de diferentes naturezas.

O que são fenômenos ondulatórios?

Os fenômenos ondulatórios são aqueles em que os princípios físicos por trás de seu acontecimento são as ondas. É importante destacar que, na natureza, vários fenômenos podem ser caracterizados como ondulatórios.

Por exemplo, o som que ouvimos quando uma pessoa fala é um tipo de onda. Nesse caso, ouvimos devido à perturbação nas moléculas de ar que se propagam até nosso ouvido, no qual temos uma estrutura capaz de receber e reconhecer essa perturbação.

Já no caso das micro-ondas, utilizadas para fins residenciais, temos a criação e propagação de outro tipo de onda, diferente das ondas sonoras e caracterizado como onda eletromagnética. Podemos perceber, nos dois casos citados, que os tipos de ondas e, portanto, dos fenômenos ondulatórios envolvidos apresentam diferentes naturezas.

Quais os tipos de fenômenos ondulatórios?

Ainda utilizando os dois fenômenos ondulatórios citados e de maneira mais específica, definimos o fenômeno sonoro como sendo um fenômeno de ondas mecânicas e o de micro-ondas como sendo um fenômeno de ondas eletromagnéticas. Mas qual a diferença entre as duas naturezas desses fenômenos? No primeiro caso, temos a presença de ondas sonoras.

As ondas sonoras precisam, necessariamente, de um meio de propagação. Isso quer dizer que só conseguimos ouvir, pois a onda sonora precisa do ar para propagar sua energia. Já no segundo caso, temos a ocorrência de ondas eletromagnéticas. Estas não necessitam de meios materiais para a propagação.

Em outras palavras, as ondas eletromagnéticas se propagam no vácuo. É por isso que a luz do Sol consegue chegar à Terra. É claro que não podemos deixar de mencionar o fato de que as ondas eletromagnéticas também se propagam em meios materiais.

As ondas, especialmente as eletromagnéticas, que são ondas transversais, apresentam algumas propriedades importantes relacionadas com alguns fenômenos sofridos por elas.

• Reflexão: fenômeno em que as ondas são refletidas.
• Refração: está relacionada com a mudança de velocidade de propagação de uma onda quando ela muda de um meio de propagação para outro.
• Polarização: pode ser entendida como uma espécie de filtro para as ondas transversais. A polarização seleciona apenas uma direção de vibração entre todas as direções de vibração de uma onda. Isso é feito por meio de um polarizador, que deixa passar apenas as vibrações em uma única direção.
• Dispersão: relacionada à velocidade de propagação das ondas. Nesse caso, várias ondas com velocidades diferentes geram uma onda resultante. Isso quer dizer que a velocidade de propagação da onda resultante muda conforme suas ondas componentes.
• Difração: nela as ondas contornam e ultrapassam objetos, incluindo orifícios. Isso pode causar alargamento ou espalhamento das ondas ao ultrapassarem tais orifícios.
• Interferência: acontece quando duas ou mais ondas propagando-se no espaço se encontram. Nesse caso haverá uma sobreposição de ondas, que resultará em uma onda resultante. Nesse contexto, classificamos a interferência de duas maneiras. A primeira, denominada interferência construtiva, é a situação em que a amplitude da onda resultante é a soma das amplitudes das ondas que a compõem. Já a segunda, denominada interferência destrutiva, é a situação em que a amplitude da onda resultante é a diferença das amplitudes das ondas que a compõem.
• Ressonância: evidencia o caráter ondulatório dos sistemas físicos. Nesse contexto, os sistemas que estão oscilando recebem excitações de frequências que correspondem a uma das suas frequências naturais de oscilação. Dessa forma, o sistema passa a oscilar com amplitudes cada vez maiores.

Veja também: O que é infrassom e ultrassom?

Exemplos dos fenômenos ondulatórios

a) Fenômenos ondulatórios mecânicos

Além do exemplo de ondas sonoras, podemos citar aqui as ondas formadas na superfície de um lago quando jogamos uma pedra ou objeto qualquer. O movimento ondulatório de uma pele de um instrumento de percussão também é um fenômeno ondulatório mecânico. Ainda, tem-se as ondas em uma corda ao fazermos exercícios físicos. Além desses, existem na natureza muitos outros fenômenos ondulatórios que se encaixam nessas características, ou seja, nos quais há a presença de ondas mecânicas.

b) Fenômenos ondulatórios eletromagnéticos

Esses são os fenômenos caracterizados pela presença das ondas eletromagnéticas. Além das micro-ondas, podemos citar as ondas de rádio; os raios X, para realização de exames de diagnóstico por imagem; o infravermelho, para ter-se visão noturna; e a grande maioria dos fenômenos envolvendo a luz solar, como a refração luminosa, a reflexão luminosa e a difração.

Os circuitos eletrônicos, altamente avançados, utilizados para os equipamentos de diagnóstico por imagem, objetos eletrônicos e eletrodomésticos, também se encaixam nesse tipo de fenômeno por se tratar de propagação de ondas eletromagnéticas. Além, é claro, de colaborarem com o desenvolvimento constante da sociedade moderna e com o aumento da qualidade de vida das pessoas.

Em resumo, todos esses fenômenos, como já mencionado, apresentam como base a presença de fenômenos ondulatórios eletromagnéticos, caracterizados pela propagação das ondas e, portanto, da energia, sem a necessidade de um meio material para tanto.

Considerando os fenômenos destacados causados pelas ondas, temos os seguintes exemplos para cada caso:

• Reflexão: enxergamos uma imagem ao nos posicionarmos na frente do espelho justamente pelo fato da luz, que é uma onda eletromagnética transversal, ser refletida.
• Refração: como exemplo temos o caso da luz do Sol. Quando ela passa do ar para a água, em uma piscina, sua velocidade de propagação diminui. O resultado dessa mudança é que uma pessoa de fora da piscina enxerga um objeto dentro dela de forma distorcida.
• Polarização: citamos aqui o caso de óculos solares. As lentes de bons óculos solares funcionam como polarizadores da luz. Isso quer dizer que, ao usá-los, seus olhos receberão intensidades de luz menores, pois as outras direções de vibrações da luz não conseguem ultrapassar as lentes. Isso, de fato, justifica o preço elevado de óculos compostos por boas lentes de Sol.
• Dispersão: um bom exemplo seria a dispersão das ondas na superfície de um lago ao se jogar uma pedra nele.
• Difração: o sinal de internet sem fio é um bom exemplo desse fenômeno. Ele pode ser reconhecido pelo seu celular quando você está em seu quarto, mesmo com o modem estando na sala, por exemplo. Assim, o sinal sem fio é uma onda eletromagnética transversal que contorna todas as paredes e portas da sua casa, chegando ao seu quarto.
• Interferência: como exemplo temos os casos dos celulares, que, quando tocam perto de caixinhas de som ou até mesmo de computadores, podem emitir uma espécie de chiado.
• Ressonância: como exemplo temos soldados marchando em uma ponte. As frequências da sua marcha podem coincidir com as frequências de oscilação natural da ponte. Nesse caso, a amplitude da onda resultante cresce cada vez mais e a estrutura da ponte pode até se romper.

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Fenômenos ondulatórios no dia a dia

No dia a dia, os fenômenos ondulatórios estão presentes a todo tempo, desde quando acordamos e conseguimos enxergar os objetos por meio da reflexão, difração e refração luminosa, até o momento em que iremos dormir, com a produção de calor do nosso corpo debaixo da coberta.

O calor também é um fenômeno ondulatório do tipo mecânico e, por isso, necessita de um meio material para a propagação. Além desses e dos citados ao longo de todo o texto, existem um número muito grande de fenômenos ondulatórios que se encaixam em todas as características citadas.

Exercícios resolvidos sobre fenômenos ondulatórios

Questão 1 - (IFGO) As ondas são formas de transferência de energia de uma região para outra. Existem ondas mecânicas — que precisam de meios materiais para se propagarem — e ondas eletromagnéticas — que podem se propagar tanto no vácuo como em alguns meios materiais. Sobre ondas, podemos afirmar corretamente que

A) a energia transferida por uma onda eletromagnética é diretamente proporcional à frequência dessa onda.

B) o som é uma espécie de onda eletromagnética e, por isso, pode ser transmitido de uma antena à outra, como ocorre nas transmissões de TV e rádio.

C) a luz visível é uma onda mecânica que somente se propaga de forma transversal.

D) existem ondas eletromagnéticas que são visíveis aos olhos humanos, como o ultravioleta, o infravermelho e as micro-ondas.

E) o infrassom é uma onda eletromagnética com frequência abaixo da audível.

Resolução

Alternativa A. O som é uma onda mecânica e não eletromagnética. A luz é uma onda eletromagnética e não mecânica. As ondas ultravioletas, o infravermelho e as micro-ondas não são visíveis a olho nu. O infrassom é uma onda sonora e, portanto, mecânica.

Questão 2 - (Fatec) Assinale a alternativa correta.

A) Ondas de rádio são ondas mecânicas.

B) Toda onda transversal é eletromagnética.

C) Na reflexão de uma onda, seu comprimento e sua velocidade sofrem alteração, mas sua frequência se mantém.

D) Quando uma onda passa de um meio mais refringente para outro menos refringente, ocorre mudança no comprimento de onda, mas não na sua frequência.

E) Uma onda que se propaga pelo vácuo é uma onda mecânica.

Resolução

Alternativa D. O fenômeno ondulatório caracterizado pela mudança de meio em que uma onda se propaga é denominado refração. Nela há a mudança de comprimento de onda e da sua velocidade, mas sua frequência se mantém constante.

Por Luiz Guilherme
Professor de Física