Ondas mecânicas

Ondas mecânicas são perturbações no meio que se propagam transportando energia. O exemplo mais fundamental para entendê-las é o som. O som nada mais é do que uma onda mecânica que atua no meio à sua volta perturbando as partículas que ali se encontram. Essa perturbação é propagada pela energia transportada pela onda.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre as ondas mecânicas
• 2 - O que são ondas mecânicas?
  • Videoaula sobre a classificação das ondas
• 3 - Características das ondas mecânicas
  • Cristas
  • Amplitude
  • Vales
  • Comprimento de onda
  • Frequência e período de oscilação
• 4 - Tipos de ondas mecânicas
  • Quanto à direção de propagação
  • Quanto à direção de vibração
• 5 - Velocidade das ondas mecânicas
• 6 - Diferenças entre ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas
• 7 - Exercícios resolvidos sobre ondas mecânicas

Resumo sobre as ondas mecânicas

• São ondas que necessitam de um meio material para propagação.
• Causam perturbação no meio em que estão se propagando.
• Apresentam algumas características, sendo elas:
  • cristas: são os pontos mais altos das ondas mecânicas;
  • amplitude: é a altura das ondas mecânicas.
  • vales: são os pontos mais baixos das ondas mecânicas;
  • comprimento de onda: é o tamanho do pulso que se repete;
  • frequência: é o número de oscilações medidas em um intervalo de tempo;
  • período: é o tempo gasto para que uma oscilação se complete.
• São classificadas, quanto à sua direção de propagação, em:
  • unidimensionais: propagam-se em apenas uma dimensão;
  • bidimensionais: propagam-se em duas dimensões;
  • tridimensionais: propagam-se em três dimensões.
• São classificadas, quanto à sua direção de vibração, em:
  • longitudinais: nelas, a direção de propagação é a mesma que a direção de vibração;
  • transversais: nelas, a direção de propagação é a mesma que a direção de vibração.
• Diferem-se das ondas eletromagnéticas por necessitarem de um meio para propagação.

O que são ondas mecânicas?

O termo onda se refere a um tipo bastante específico de movimento causado por uma espécie de perturbação. Essa perturbação pode ter diferentes origens, como um pulso ou simplesmente pulsos sucessivos. A onda, então, é propagada em algum meio material ou até mesmo no vácuo.

Dizemos propagação, pois estamos nos referindo à energia transmitida por uma onda. Dessa forma, é importante destacar que as ondas são formas de propagação de energia e, por isso, não transportam matéria.

Precisamos destacar que, na natureza, existem dois tipos de ondas: as ondas mecânicas e as ondas eletromagnéticas. As mecânicas são as ondas que necessitam de algum meio material para se propagarem, já as eletromagnéticas se propagam, além de em meios materiais, no vácuo.

• Videoaula sobre a classificação das ondas

Características das ondas mecânicas

Precisamos ter muita atenção, pois existem na natureza diversos tipos de ondas. Apesar disso, elas apresentam características básicas que as relacionam, sendo algumas:

• Cristas

Os pontos mais altos de uma onda são denominados cristas, representadas pelos pontos 1 e 3 na imagem apresentada.

• Amplitude

A amplitude é tida como a altura da onda. Em outras palavras, é a metade da distância indicada pelo pulso até a crista. É representada pela letra A na figura.

• Vales

Assim como as cristas são os pontos mais altos de uma onda, os vales são os pontos mais baixos. São representados pelos pontos 2 e 4 na figura.

• Comprimento de onda

Essa é talvez uma das características mais difíceis de se entender no contexto das ondas. Essa dificuldade tem origem justamente nas diferentes maneiras de sua definição.

O comprimento de onda é definido como sendo a medida de comprimento entre duas sucessivas cristas (como entre os pontos 1 e 3) ou até mesmo dois sucessivos vales (como entre os pontos 2 e 4). Também pode ser definido como a distância de determinado ponto até outro em que o movimento ondulatório começa a se reproduzir (como entre os pontos 5 e 6). Geralmente o comprimento de onda é representado pela letra grega λ, como na figura.

• Frequência e período de oscilação

A frequência e o período de oscilação das ondas estão relacionados com a velocidade do pulso e com o intervalo de tempo de ocorrência entre os pulsos. São grandezas inversas, de forma que a frequência (representada pela letra f) é definida como a quantidade de oscilações de uma onda em uma única unidade de tempo (a unidade de tempo pode ser o segundo, o minuto ou até mesmo a hora), enquanto o período (representado pela letra T) é definido como o tempo em que uma oscilação é completada.

De maneira mais específica, no contexto das ondas mecânicas, elas são caracterizadas como longitudinais. O exemplo de onda mecânica mais presente nos livros didáticos e em outros materiais é o da onda sonora. Ela é classificada como uma onda mecânica, pois necessita do ar para se propagar. O ar nesse caso é o que caracteriza o meio material de propagação da onda.

Ainda nesse contexto, as ondas longitudinais, como o som, são classificadas dessa forma, pois a direção de sua propagação é a mesma da sua vibração.

Sobre as ondas mecânicas, suas características principais são:

• Necessidade de um meio material para se propagar.
• Interação com o meio é feita pela vibração das moléculas no meio de propagação.

Veja mais: Ondas de rádio – tipo de ondas utilizado principalmente na telecomunicação

Tipos de ondas mecânicas

Diante dos fenômenos ondulatórios existentes na natureza e, portanto, levando em consideração também as ondas mecânicas, as ondas podem ser caracterizadas quanto a sua direção de propagação e quanto a sua direção de vibração.

• Quanto à direção de propagação

Quanto à direção de propagação, as ondas podem ser:

• Unidimensionais: caracterizadas por se propagarem em uma única direção, sendo as ondas em uma corda um dos exemplos mais clássicos.
• Bidimensionais: caracterizadas por se propagarem, como o próprio nome já diz, em duas dimensões. Aqui podemos citar as ondas em uma superfície de um rio ou até mesmo o movimento vibratório da pele de um instrumento de percussão.
• Tridimensionais: são aquelas ondas que se propagam por todo o espaço, ou seja, em todas as direções. Citamos aqui a luz solar, que é uma onda eletromagnética. Também podemos citar as ondas sonoras ao se propagarem no ar atmosférico.

• Quanto à direção de vibração

Nessa classificação, as ondas são vistas de duas maneiras, assim sendo:

• Longitudinais: apresentam a característica de vibrarem paralelamente à direção de propagação, como é o caso das ondas sonoras, e assim como a figura a seguir.
• Transversais: apresentam direção de vibração perpendicular à direção de propagação, como as ondas eletromagnéticas, e assim como na figura abaixo:

Velocidade das ondas mecânicas

Na natureza, a velocidade da onda pode ser relacionada com o comprimento de onda, com a frequência de oscilação ou com o período de oscilação. A equação que relaciona essas grandezas é denominada equação fundamental da ondulatória e é dada por:

v = λ.f

Ou, em termos do período:

v = λ / f

Nas equações, teremos a velocidade da onda, dada em m/s e representada por v; o comprimento de onda, dado em m e representado por λ; a frequência de oscilação, dada em Hz (Hertz) e representada por f; e o período de oscilação, dado em s e representado por T.

Diferenças entre ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas

Vimos ao longo do presente conteúdo que as ondas mecânicas e as eletromagnéticas são de diferentes tipos. Dessa forma, o que caracteriza a diferença entre elas é justamente a necessidade de um meio material para se propagar.

Em outras palavras, as ondas mecânicas necessitam de um meio material, já as ondas eletromagnéticas não necessitam de um meio. Isso quer dizer que estas se propagam no vácuo. Para saber mais sobre as ondas que não precisam de meio material para serem propagadas, leia o texto: Ondas eletromagnéticas.

Exercícios resolvidos sobre ondas mecânicas

Questão 1 - (Uece) Sobre as ondas sonoras, é correto afirmar que não se propagam:

A) na atmosfera.

B) na água.

C) no vácuo.

D) nos meios metálicos.

Resolução

Alternativa C. No vácuo. As ondas sonoras são ondas mecânicas — propagações de energia caracterizadas por se propagarem apenas em meios materiais e, por isso, não se propagam no vácuo.

Questão 2 - (IF-Sul) Considerando os conteúdos estudados sobre ondas e a sua propagação em meios elásticos, analise as afirmativas abaixo e marque (V) para as verdadeiras e (F) para as falsas.

( ) O som é uma onda mecânica, pois necessita de um meio material para se propagar.

( ) As ondas eletromagnéticas são, sempre, do tipo transversal.

( ) Ao sofrer reflexão, a onda luminosa refletida retorna ao meio de origem, portanto, a sua velocidade de propagação não se altera.

( ) A capacidade que uma onda tem de contornar obstáculos é chamada de polarização.

A sequência correta é

A) V – F – F – V

B) V – V – F – V

C) F – V – V – F

D) V – V – V – F

Resolução

Alternativa D. A última alternativa é falsa, pois a polarização é a capacidade das ondas de serem filtradas, e não de contornarem obstáculos. Já as outras são verdadeiras.

Por Luiz Guilherme
Professor de Física