Precisa estudar Ondas para o Enem? Então vem com a Descomplica! Fenômenos ondulatórios, frequência de ondas, amplitude e tipos de ondas são assuntos que caem bastante no exame, então, é preciso ficar ligado ao tema e não marcar bobeira, ok?
As ondas, na Física, são perturbações nas condições físicas de um ponto, que são propagadas ao longo do meio. Se essa perturbação for periódica, ou seja, repetir igualmente em tempos iguais, ela é chamada de onda periódica.
A seguir, falamos mais sobre as Ondas e explicamos sua classificação, amplitude, frequência e mais um monte de coisas. Se liga!
Classificação das ondas na Física
Quanto à natureza
Mecânicas: a onda necessita de um meio material para se propagar. Alguns exemplos são som, ondas em molas e cordas, etc.;
Eletromagnéticas: a onda não necessita de um meio material para se propagar, ou seja, pode ser propagada no vácuo e em determinados meios materiais. Exemplos são luz, ondas de rádio, radar ou micro-ondas.
Quanto à direção de propagação
Unidimensional: uma direção de propagação. Um exemplo são ondas em cordas;
Bidimensional: duas direções de propagação. Exemplos são as ondas em superfície de líquidos;
Tridimensional: três direções de propagação. Exemplo: som e luz.
Quanto à direção de vibração das moléculas
Transversal: a direção da oscilação é perpendicular à direção de propagação da onda. Ondas em uma corda são exemplos;
Longitudinal: a direção da oscilação coincide com a direção da propagação da onda. Ondas sonoras são exemplos.
É importante destacar que a onda NÃO transporta matéria, apenas energia.
Componentes das ondas na Física
É muito importante conhecer os componentes das ondas na Física. Assim, você pode interpretar gráficos e resolver questões mais complicadas do Enem:
Vale: ponto mais baixo da onda;
Crista: ponto mais alto da onda;
Comprimento de onda (λ): distância entre dois pontos consecutivos onde a perturbação se repete. Unidade no SI: metro (m);
Frequência (f): número de perturbações (ou oscilações) por unidade de tempo. Unidade no SI: Hertz (Hz = 1/s);
Período (T): intervalo de tempo entre um comprimento de perturbações iguais. Note que: f = 1/T e T = 1/f;
Velocidade (v): relação do comprimento de onda com o período (ou com a frequência). V = λf ou v = λ/T.
Superposição ou interferência
Quando duas ondas se superpõem num meio, ocorre o fenômeno da superposição ou interferência de ondas. Existem dois princípios básicos na interferência de ondas na Física, que são:
No ponto onde ocorre a interferência, o efeito resultante será a soma dos efeitos que seriam produzidos pelas ondas separadas, caso atingissem isoladamente aquele ponto;
Após a interferência, as ondas seguem seu caminho com as mesmas características que tinham antes da interferência.
Existem dois tipos de interferência de ondas:
- Construtiva: a amplitude da onda resultante é maior do que a amplitude de cada uma das ondas separadamente;
- Destrutiva: a amplitude da onda resultante é menor do que a amplitude de cada uma das ondas separadamente.
Ondas estacionárias
As ondas estacionárias acontecem quando duas ondas periódicas de frequência, com comprimento de onda e amplitude iguais e de sentidos contrários, se superpõem num meio.
O caso mais simples é quando se tem uma corda esticada, na qual as ondas produzidas numa extremidade se superpõem às ondas refletidas na extremidade oposta.
Os pontos onde a interferência é sempre destrutiva chamam-se nós (ou nodos), enquanto os pontos de amplitude máxima são chamados de ventres. Já a distância entre dois nós consecutivos (ou entre dois ventres consecutivos) é correspondente à metade do comprimento de onda (λ/2).
Exemplo de onda estacionária
Note que a amplitude da onda resultante (A) é igual ao dobro da amplitude (a) das ondas que estão se superpondo:
A = 2a
Ondas sonoras em Física
As ondas sonoras são ondas mecânicas, longitudinais e tridimensionais. O ouvido humano é capaz de captar sons de frequência desde 20Hz até 20.000Hz. Esse intervalo é chamado de intervalo audível. Sons de frequência abaixo de 20Hz são chamados de infrassons e de frequência superior a 20.000Hz são chamados de ultrassons.
Como são ondas mecânicas, a velocidade das ondas sonoras depende do meio em que estão se propagando. Quanto mais rígido for o meio, maior a velocidade de propagação.
Uma onda sonora pode sofrer:
Reflexão: onda incide em um obstáculo e volta para o mesmo meio, mantendo as características;
Refração: onda muda de meio e a velocidade de propagação muda de direção;
Difração: onda desvia de alguns obstáculos (depende diretamente do comprimento de onda).
Para exemplificar: se um piano e um violão tocam uma mesma nota musical, o som nunca sai o mesmo. Isso se dá pelo fato de o timbre das ondas geradas pelos instrumentos ser diferente. Ou seja, o formato da onda é diferente.
A frequência da onda sonora irá influenciar na nota: quanto maior a frequência, mais agudo será o som; quanto menor a frequência, mais grave será o som.
Já a amplitude da onda sonora irá influenciar no volume: quanto maior a amplitude, maior o volume do som; quanto menor a amplitude, menor o volume do som.
Por fim, o comprimento de onda influencia na difração: quanto maior o comprimento de onda, maior a difração.
Cordas vibrantes
A corda de um instrumento musical vibra ao ser tocada e forma uma onda estacionária por causa das extremidades fixas da corda.
Na verdade, a onda resultante será o resultado de várias ondas estacionárias se superpondo, pois a corda tem vários modos de vibração.
A maneira mais simples da corda vibrar se chama primeiro harmônico ou frequência fundamental.
Essa onda terá comprimento de onda λ=L e frequência f=v/L.
Para calcular o comprimento de onda e a frequência de um harmônico N numa corda vibrante, utiliza-se a equação:
λ = 2L/N e f = Nv/2L, em que N é o número do harmônico desejado.
Tubos sonoros
O tubo sonoro é basicamente uma coluna de ar onde é formada uma onda estacionária.
Existem dois tipos de extremidades (ou embocaduras): aberta ou fechada. No tubo sonoro aberto, sempre existe formação de ventre nas extremidades. No tubo sonoro mais simples, existe apenas um nó no centro do tubo.
Esta configuração é conhecida como o primeiro harmônico ou frequência fundamental (dos tubos sonoros abertos).
O comprimento de onda e a frequência do segundo harmônico são:
λ = L e f = v/L
Para calcular o comprimento de onda e a frequência de um harmônico N num tubo aberto, utiliza-se as equações:
λ = 2L/N e f = Nv/2L, em que N é o número do harmônico desejado.
No tubo sonoro fechado, sempre existe formação de ventre em uma extremidade e nó em outra. No tubo sonoro mais simples, existe apenas um nó na extremidade do tubo (a fechada).
Esta configuração é conhecida como o primeiro harmônico ou frequência fundamental (dos tubos sonoros fechados).
Que tal resolver alguns exercícios sobre Ondas aqui na Descomplica? Assim, você identifica seus pontos fortes e fracos e consegue estudar melhor para o exame!
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