Ondas

Ondas são pulsos provenientes de uma fonte emissora, classificados de acordo com a sua natureza (mecânicas, eletromagnéticas ou de matéria), quanto a sua direção de vibração (transversais ou longitudinais) e até mesmo pelo número de dimensões da propagação da sua energia (unidimensionais, bidimensionais ou tridimensionais).

Leia também: Cinco coisas que você precisa saber sobre ondas

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre ondas
• 2 - O que são ondas?
• 3 - Tipos de ondas
• 4 - Elementos das ondas
• 5 - Fórmulas das ondas
  • → Período da onda
  • → Velocidade de propagação da onda
• 6 - Classificação das ondas
  • → Classificação das ondas conforme a natureza da onda
  • → Classificação das ondas conforme a direção de vibração da onda
  • → Classificação das ondas conforme o número de dimensões da propagação da energia das ondas
• 7 - Fenômenos ondulatórios
• 8 - Exercícios resolvidos sobre ondas

Resumo sobre ondas

• Ondas são perturbações que ocorrem em um meio que, ao atingirem um obstáculo ou serem atingidas por determinada frequência, apresentam diferentes fenômenos ondulatórios.

• As ondas podem ser periódicas, quando oscilam com o mesmo comprimento de onda em tempos iguais, ou estacionárias, quando oscilam de maneira estacionária.

• Os elementos das ondas são: crista, vale, comprimento de onda, amplitude, período, frequência e velocidade de propagação da onda.

• As ondas são classificadas a partir da sua natureza, direção de vibração e número de dimensões da propagação da sua energia.

• Os fenômenos ondulatórios são: reflexão, refração, absorção, polarização, dispersão, difração, interferência e ressonância.

O que são ondas?

Ondas são perturbações ocasionadas por uma fonte emissora que se propaga no tempo e espaço. Elas podem ser visíveis como as luzes brancas provenientes dos raios solares, mas também invisíveis como as ondas de raio X, raio gama, microondas e muitas outras.

Tipos de ondas

As ondas podem ser chamadas de períodicas ou de estacionárias.

• Ondas períodicas: são ondas que se propagam com o mesmo comprimento de onda durante um intervalo de tempo, como as ondas do coração ou ondas sonoras.

• Ondas estacionárias: são ondas que possuem um padrão de oscilação estacionário, formado através da superposição de ondas com frequências semelhantes que se propagam na mesma direção, mas em sentidos opostos, como as ondas em uma corda. 

Elementos das ondas

As ondas apresentam alguns elementos, tais como crista, vale, comprimento, amplitude, período, frequência e velocidade de propagação da onda. Na imagem abaixo, temos a representação desses elementos em uma onda:

• Crista da onda: é o ponto mais alto em uma onda.

• Vale da onda: é o ponto mais baixo em uma onda.

• Comprimento de onda: é a dimensão da onda, medida por uma crista e um vale, duas cristas seguintes ou dois vales seguintes.

• Amplitude da onda: é a altura da onda, medida do ponto de equilíbrio até a crista da onda ou do vale da onda.

• Período da onda: é o intervalo de tempo que a onda demora para finalizar uma oscilação.

• Frequência da onda: é o número de oscilações que a onda executa em um determinado tempo.

• Velocidade de propagação da onda: é a velocidade na qual a onda se propaga em um meio, como o vácuo e a água.

Fórmulas das ondas

→ Período da onda

\(T=\frac{1}f\)

• T → período, medido em segundos \([s]\).

• f → frequência, medida em Hertz \([Hz]\).

Pode ser representado também por:

\(T=\frac{∆t}n\)

• T → período, medido em segundos \([s]\).

• ∆t → variação de tempo, medida em segundos \([s]\).

• n → número de oscilações.

→ Frequência da onda

\(f=\frac{1}T\)

• f → frequência, medida em Hertz \([Hz] \).

• T → período, medido em segundos \([s] \).

Pode ser representada também por:

\(f=\frac{n}{∆t}\)

• f → frequência, medida em Hertz \([Hz] \).

• n → número de oscilações.

• ∆t → variação de tempo, medida em segundos \([s] \).

→ Velocidade de propagação da onda

\(v=λ\cdot f\)

• v → velocidade de propagação da onda, medida em \([m/s] \).

• λ → comprimento de onda, medido em metros \([m] \).

• f → frequência, medida em Hertz \([Hz] \).

Pode ser representada também por:

\(v=\frac{λ}T\)

• v → velocidade de propagação da onda, medida em \([m/s] \).

• λ → comprimento de onda, medido em metros \( [m] \).

• T → período, medido em segundos \( [s] \).

Classificação das ondas

As ondas são classificadas de acordo com a sua natureza, direção de vibração e número de dimensões da propagação da sua energia.

→ Classificação das ondas conforme a natureza da onda

As ondas podem ser mecânicas ou eletromagnéticas de acordo com a sua natureza.

• Ondas mecânicas: são ondas que só se propagam em meios materiais, como ar e água. Alguns exemplos de ondas mecânicas são as ondas no mar e as ondas sonoras.

• Ondas eletromagnéticas: são ondas que se propagam em meios materiais ou não materiais, como o vácuo. Alguns exemplos de ondas eletromagnéticas são as ondas da luz e ondas de raio X.

• Ondas de matéria: são ondas relacionadas a partículas subatômicas, como elétrons e prótons, e partículas atômicas, como átomos e moléculas.  

→ Classificação das ondas conforme a direção de vibração da onda

As ondas podem ser transversais ou longitudinais de acordo com a sua direção de vibração.

• Ondas longitudinais: são ondas que vibram paralelamente a sua direção de propagação, como a onda sonora.

• Ondas tranversais: são ondas que vibram perpendicularmente a sua direção de propagação, como as ondas do mar.

→ Classificação das ondas conforme o número de dimensões da propagação da energia das ondas

As ondas podem ser unidimensionais, bidimensionais ou tridimensionais de acordo com o número de dimensões da propagação da energia.

• Ondas unimensionais: são ondas que oscilam em uma única direção, como as ondas nas cordas.

• Ondas bidimensionais: são ondas que oscilam em duas direções, como as ondas do mar.

• Ondas tridimensionais: são ondas que oscilam em três dimensões, como as ondas de calor.

Fenômenos ondulatórios

Os fenômenos ondulatórios são os diversos comportamentos que as ondas apresentam perante um obstáculo, como uma parede ou água, ou frequência de oscilação recebida, sendo eles: reflexão, refração, absorção, polarização, dispersão, difração, interferência e ressonância. Entenda cada um desses fenômenos a seguir.

• Reflexão: fenômeno ondulatório no qual a onda, ao atingir um obstáculo, reflete e retorna até o observador com a mesma velocidade.

• Refração: fenômeno ondulatório no qual a onda tem a alteração da sua velocidade de propagação e comprimento de onda ao mudar de um meio para outro.

• Absorção: fenômeno ondulatório no qual a onda, ao atingir um corpo, pode ser absorvida dependendo das cores do objeto e da onda emitida.

• Polarização: fenômeno ondulatório no qual é possível filtrarmos a direção de oscilação da onda da maneira mais conveniente.

• Dispersão: fenômeno ondulatório no qual a onda, ao atingir um determinado meio material, refrata e se dispersa em suas componentes.

• Difração: fenômeno ondulatório no qual a onda se espalha após contornar os obstáculos ou atravessar uma fenda.

• Interferência: fenômeno ondulatório no qual duas ou mais ondas se sobrepõem gerando uma onda resultante, podendo se somarem (interferência construtiva) ou se anularem (interferência destrutiva).

• Ressonância: fenômeno ondulatório no qual o corpo passa a oscilar com grandes amplitudes e mesma frequência que uma das frequências naturais de oscilação da fonte. 

Veja também: Fenômenos ópticos — os eventos observáveis a olho nu resultantes da interação da luz com a matéria

Exercícios resolvidos sobre ondas

Questão 1

(Enem) O eletrocardiograma é um exame cardíaco que mede a intensidade dos sinais elétricos advindos do coração. A imagem apresenta o resultado típico obtido em um paciente saudável e a intensidade do sinal (V_EC) em função do tempo.

De acordo com o eletrocardiograma apresentado, qual foi número de batimentos cardíacos por minuto desse paciente durante o exame?

A) 30

B) 60

C) 100

D) 120

E) 180

Resolução:

Alternativa B.

Observando o gráfico é possível analisar que o período dos batimentos cardíacos é representado por 5 quadrados, cada qual com 0,2 segundo, então:

\(T=5\cdot 0,2=1\ s\)

Depois, converteremos o segundo para minuto:

\(1\ s=\frac{1}{60}\ min\)

Por fim, calcularemos o número de batimentos cardíacos em 1 minuto, através da fórmula do período:

\(T=\frac{∆t}N\)

\(\frac{1}{60}=\frac{1}N\)

\(N=60\ batimentos\)

Questão 2

(Unip) A ponte de Tacoma, nos Estados Unidos, ao receber impulsos periódicos do vento, entrou em vibração e foi totalmente destruída. O fenômeno que melhor explica esse fato é:

A) o efeito Doppler

B) a ressonância

C) a interferência

D) a difração

E) a refração

Resolução:

Alternativa B.

O fenômeno que melhor explica esse fato é o da ressonância, já que a ponte de Tacoma vibrava na mesma frequência natural dos ventos.

Fontes

ASSIS, André Koch; NEWTON, Isaac. Óptica: tradução, introdução e notas de André Koch Torres Assis. 1ª ed. 1ª reimpr. São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2002.

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Fluidos, Oscilações e Ondas, Calor (vol. 2). 5 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2015.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Gravitação, Ondas e Termodinâmica (vol. 2) 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.

Por Pâmella Raphaella Melo
Professora de Física