Ondulatória
Conceito de Onda
A definição de onda é qualquer perturbação (pulso) que se propaga em um meio. Ex: uma pedra jogada em uma piscina (a fonte), provocará ondas na água, pois houve uma perturbação. Essa onda se propagará para todos os lados, quando vemos as perturbações partindo do local da queda da pedra, até ir na borda. Uma sequência de pulsos formam as ondas.
Chamamos de Fonte qualquer objeto que possa criar ondas.
A onda é somente energia, pois ela só faz a transferência de energia cinética da fonte, para o meio. Portanto, qualquer tipo de onda, não transporta matéria!.
As ondas podem ser classificadas seguindo três critérios:
Classificação das ondas segundo a sua Natureza
Quanto a natureza, as ondas podem ser dividas em dois tipos:
Quanto a natureza, as ondas podem ser dividas em dois tipos:
- Ondas mecânicas: são todas as ondas que precisam de um meio material para se propagar. Por exemplo: ondas no mar, ondas sonoras, ondas em uma corda, etc.
- Ondas eletromagnéticas: são ondas que não precisam de um meio material para se propagar. Elas também podem se propagar em meios materiais. Exemplos: luz, raio-x , sinais de rádio, etc.
Classificação em relação à direção de propagação
As ondas podem ser dividas em três tipos, segundo as direções em que se propaga:
As ondas podem ser dividas em três tipos, segundo as direções em que se propaga:
- Ondas unidimensionais: só se propagam em uma direção (uma dimensão), como uma onda em uma corda.
- Ondas bidimensionais: se propagam em duas direções (x e y do plano cartesiano), como a onda provocada pela queda de um objeto na superfície da água.
- Ondas tridimensionais: se propagam em todas as direções possíveis, como ondas sonoras, a luz, etc.
Classificação quanto a direção de propagação
- Ondas longitudinais: são as ondas onde a vibração da fonte é paralela ao deslocamento da onda. Exemplos de ondas longitudinais são as ondas sonoras (o alto falante vibra no eixo x, e as ondas seguem essa mesma direção), etc.
- Ondas longitudinais: são as ondas onde a vibração da fonte é paralela ao deslocamento da onda. Exemplos de ondas longitudinais são as ondas sonoras (o alto falante vibra no eixo x, e as ondas seguem essa mesma direção), etc.
- Ondas transversais: a vibração é perpendicular à propagação da onda. Ex.: ondas eletromagnéticas, ondas em uma corda (você balança a mão para cima e para baixo para gerar as ondas na corda).
Na situação 1, a onda polarizada no plano vertical passa através da fenda. Na situação 2, a onda polarizada no plano horizontal não passa através da f
Polarização de ondas
A polarização de uma onda eletromagnética é o plano no qual se encontra a componente elétrica dessa onda.Na situação 1, a onda polarizada no plano vertical passa através da fenda. Na situação 2, a onda polarizada no plano horizontal não passa através da f
Polarização de ondas é o fenômeno no qual uma onda transversal, vibrando em várias direções, tem uma de suas direções de vibração selecionada, enquanto as vibrações nas demais direções são impedidas de passar por um dispositivo, denominado polarizador.
A polarização é um fenômeno exclusivo das ondas transversais, não podendo ocorrer com as ondas longitudinais. Assim, as ondas luminosas, que são transversais, podem ser polarizadas, ao contrário das ondas sonoras, que não se polarizam, por serem longitudinais.
Às vezes, um segundo polarizador é usado para confirmar a polarização do primeiro: ele é chamado analisador. Se um segundo polarizador é colocado de modo que polarize em uma direção perpendicular à do primeiro, a onda é impedida de propagar-se e diz-se então que eles estão cruzados.
Como dissemos anteriormente, a luz é uma onda transversal, portanto podemos dizer que ela é emitida em todas as direções. Sendo assim, seus campos elétricos e magnéticos são produzidos em todas as direções, porém esses campos sempre são perpendiculares à direção de propagação. Vejamos a figura abaixo:
Na figura acima vemos que quando a onda passa pelo primeiro polarizador, ela se propaga em uma única direção. Portanto, nesse caso, dizemos que a onda foi polarizada.
Se em um segundo momento acrescentarmos outro material polarizador cujas fendas estão dispostas perpendicularmente à direção de propagação da luz polarizada, veremos que tais ondas não atravessam o cristal. Sendo assim, podemos dizer que a polarização é uma propriedade das ondas transversais.
Características das ondas
Todas as ondas possuem algumas grandezas físicas, que são:
Todas as ondas possuem algumas grandezas físicas, que são:
- Frequência: é o número de oscilações da onda, por um certo período de tempo. A unidade de frequência do Sistema Internacional (SI), é o hertz (Hz), que equivale a 1 segundo, e é representada pela letra f. Então, quando dizemos que uma onda vibra a 60Hz, significa que ela oscila 60 vezes por segundo. A frequência de uma onda só muda quando houver alterações na fonte.
-Período: é o tempo necessário para a fonte produzir uma onda completa. No SI, é representado pela letra T, e é medido em segundos.
É possível criar uma equação relacionando a frequência e o período de uma onda:
f = 1/T
ou
T = 1/f
- Comprimento de onda: é o tamanho de uma onda, que pode ser medida em três pontos diferentes: de crista a crista, do início ao final de um período ou de vale a vale. Crista é a parte alta da onda, vale, a parte baixa. É representada no SI pela letra grega lambda (λ)
- Velocidade: todas as ondas possuem uma velocidade, que sempre é determinada pela distância percorrida, sobre o tempo gasto. Nas ondas, essa equação fica:
v = λ / T ou v = λ . 1/T ou ainda v = λ . f
- Amplitude: é a "altura" da onda, é a distância entre o eixo da onda até a crista. Quanto maior for a amplitude, maior será a quantidade de energia transportada.
A área da Física que estuda o som é chamada de Acústica. Para entende-la melhor precisamos relembrar alguns conceitos:
Onda: é a variação periódica de uma grandeza física. Uma onda é composta por:
Crista: Pontos de maior intensidade, o topo da onda.
Vale: Pontos de menor intensidade da onda.
Nível Médio: Pontos entre o as Cristas e os Vales.
Vale: Pontos de menor intensidade da onda.
Nível Médio: Pontos entre o as Cristas e os Vales.
A distância entre a crista ou o vale e o nível médio é chamada amplitude (y). Já a distância entre duas cristas consecutivas ou dois vales consecutivos é chamada de comprimento de onda (λ).
Onde:
λ – Comprimento
y - Amplitude
y - Amplitude
f = 1/t
O Som é uma onda mecânica que possui a intensidade e frequência necessárias para ser percebida pelo ser humano. Entendemos como onda mecânica uma onda que precisa de meios materiais, como o ar ou o solo, para se propagar. As frequências audíveis pelo ouvido humano ficam entre 16 Hz e 20000Hz (20kHz). Dentro desta faixa a encontram-se a voz humana, instrumentos, musicais, alto-falantes, etc.
Abaixo de 16Hz temos os infra-sons, produzidos por vibrações da água em grandes reservatórios, batidas do coração, etc.
Acima de 20kHz estão os ultra-sons emitidos por alguns animais e insetos (morcegos, grilos, gafanhotos...), sonares, aparelhos médicos e industriais.
Os dispositivos que produzem ondas sonoras são chamados de fontes sonoras. Entre os que mais se destacam estão aqueles compostos por:
- Cordas vibrantes como violão o piano, as cordas vocais etc.
- Tubos sonoros como órgão flauta, clarineta.
- Membranas e placas vibrantes tal como o tambor
- Hastes vibrantes como o diapasão, triangulo, etc.
Podemos caracterizar os sons a partir de sua intensidade, altura ou timbre .
A intensidade está ligada à quantidade de energia transportada pelo som. Desta forma, conforme a intensidade do som dizemos que ele é mais forte (a onda possui maior amplitude) ou mais fraca (a onda possui menor amplitude).
A altura está relacionada com a freqüência do som. Assim distinguimos os sons mais altos como os de maior frequência (mais agudos) e os mais baixos como os de menor frequência (mais graves). As notas musicais buscam agrupar diferentes freqüências sonoras produzidas por um instrumento.
O timbre corresponde ao conjunto de ondas sonoras que formam um som. O timbre permite diferenciar diferentes fontes sonoras, por exemplo é fácil perceber que o som de uma guitarra e de uma flauta são completamente diferentes.
A velocidade do som no ar é de 340 m/s. A fórmula que relaciona velocidade, amplitude e frequência sonora é:
V = λ . f
FENÔMENOS SONOROS:
→Reflexão
→Eco
→Reverberação
→Refração
→Difração
→Interferência
→Ressonâmcia
1° Reflexão:
Quando ondas sonoras AB, A’B’, A”B” provenientes de um ponto P encontram um obstáculo plano, rígido, MN, produz-se reflexão das ondas sobre o obstáculo.
Na volta, produz-se uma série de ondas refletidas CD, C’D’, que se propagam em sentido inverso ao das ondas incidentes e se comportam como se emanassem de uma fonte P’, simétrica da fonte P em relação ao ponto refletor.
A reflexão do som pode ocasionar os fenômenos eco e reverberação.
2° Eco:
Os obstáculos que refletem o som podem apresentar superfícies muito ásperas. Assim, o som pode ser refletido por um muro, uma montanha etc.
O som refletido chama-se eco, quando se distingue do som direto.
Para uma pessoa ouvir o eco de um som por ela produzido, deve ficar situada a, no mínimo, 17 m do obstáculo refletor, pois o ouvido humano só pode distinguir dois sons com intervalo de 0,1 s. O som, que tem velocidade de 340 m/s, percorre 34 m nesse tempo.
3° Reverberação:
Em grandes salas fechadas ocorre o encontro do som com as paredes. Esse encontro produz reflexões múltiplas que, além de reforçar o som, prolongam-no durante algum tempo depois de cessada a emissão.
É esse prolongamento que constitui a reverberação.
A reverberação ocorre quando o som refletido atinge o observador no instante em que o som direito está se extinguindo, ocasionando o prolongamento da sensação auditiva.
4° Refração
Consiste em a onda sonora passar de um meio para o outro, mudando sua velocidade de propagação e comprimento de onda, mas mantendo constante a freqüência.
5° Difração:
Fenômeno em que uma onda sonora pode transpor obstáculos.
Quando se coloca um obstáculo entre uma fonte sonora e o ouvido, por exemplo, o som é enfraquecido, porém não extinto. Logo, as ondas sonoras não se propagam somente em linha reta, mas sofrem desvios nas extremidades dos obstáculos que encontram.
6° Interferência:
Consiste em um recebimento de dois ou mais sons de fontes diferentes.
Neste caso, teremos uma região do espaço na qual, em certos pontos, ouviremos um som forte, e em outros, um som fraco ou ausência de som.
Som forte -> à interferência construtiva
Som fraco -> à interferência destrutiva
7° Ressonância:
Quando um corpo começa a vibrar por influência de outro, na mesma freqüência deste, ocorre um fenômeno chamado ressonância.
Como exemplo, podemos citar o vidro de uma janela que se quebra ao entrar em ressonância com as ondas sonoras produzidas por um avião a jato.
EFEITO DOPPLER:
Quando uma fonte sonora se aproxima de um observador parado, nota-se que a freqüência do som por ele recebida é maior do que se a fonte estivesse em repouso, e, quando a fonte se afastar do observador parado, a freqüência é menor do que se ela estivesse em repouso.
Você pode verificar esse fato ao se posicionar numa rua ou avenida. Preste atenção no barulho do motor dos veículos, ou buzina, ou sirene. Você vai notar que, na aproximação, o som é mais agudo e, no afastamento, mais grave.
A diferença entre a freqüência percebida e a freqüência real do som foi estudada pelo físico austríaco Christian Jonhann Doppler (1803-1853), e seu estudo ficou conhecido como Efeito Doppler.
FENÔMENOS SONOROS:
→Reflexão
→Eco
→Reverberação
→Refração
→Difração
→Interferência
→Ressonâmcia
1° Reflexão:
Quando ondas sonoras AB, A’B’, A”B” provenientes de um ponto P encontram um obstáculo plano, rígido, MN, produz-se reflexão das ondas sobre o obstáculo.
Na volta, produz-se uma série de ondas refletidas CD, C’D’, que se propagam em sentido inverso ao das ondas incidentes e se comportam como se emanassem de uma fonte P’, simétrica da fonte P em relação ao ponto refletor.
A reflexão do som pode ocasionar os fenômenos eco e reverberação.
2° Eco:
Os obstáculos que refletem o som podem apresentar superfícies muito ásperas. Assim, o som pode ser refletido por um muro, uma montanha etc.
O som refletido chama-se eco, quando se distingue do som direto.
Para uma pessoa ouvir o eco de um som por ela produzido, deve ficar situada a, no mínimo, 17 m do obstáculo refletor, pois o ouvido humano só pode distinguir dois sons com intervalo de 0,1 s. O som, que tem velocidade de 340 m/s, percorre 34 m nesse tempo.
3° Reverberação:
Em grandes salas fechadas ocorre o encontro do som com as paredes. Esse encontro produz reflexões múltiplas que, além de reforçar o som, prolongam-no durante algum tempo depois de cessada a emissão.
É esse prolongamento que constitui a reverberação.
A reverberação ocorre quando o som refletido atinge o observador no instante em que o som direito está se extinguindo, ocasionando o prolongamento da sensação auditiva.
4° Refração
Consiste em a onda sonora passar de um meio para o outro, mudando sua velocidade de propagação e comprimento de onda, mas mantendo constante a freqüência.
5° Difração:
Fenômeno em que uma onda sonora pode transpor obstáculos.
Quando se coloca um obstáculo entre uma fonte sonora e o ouvido, por exemplo, o som é enfraquecido, porém não extinto. Logo, as ondas sonoras não se propagam somente em linha reta, mas sofrem desvios nas extremidades dos obstáculos que encontram.
6° Interferência:
Consiste em um recebimento de dois ou mais sons de fontes diferentes.
Neste caso, teremos uma região do espaço na qual, em certos pontos, ouviremos um som forte, e em outros, um som fraco ou ausência de som.
Som forte -> à interferência construtiva
Som fraco -> à interferência destrutiva
7° Ressonância:
Quando um corpo começa a vibrar por influência de outro, na mesma freqüência deste, ocorre um fenômeno chamado ressonância.
Como exemplo, podemos citar o vidro de uma janela que se quebra ao entrar em ressonância com as ondas sonoras produzidas por um avião a jato.
EFEITO DOPPLER:
Quando uma fonte sonora se aproxima de um observador parado, nota-se que a freqüência do som por ele recebida é maior do que se a fonte estivesse em repouso, e, quando a fonte se afastar do observador parado, a freqüência é menor do que se ela estivesse em repouso.
Você pode verificar esse fato ao se posicionar numa rua ou avenida. Preste atenção no barulho do motor dos veículos, ou buzina, ou sirene. Você vai notar que, na aproximação, o som é mais agudo e, no afastamento, mais grave.
A diferença entre a freqüência percebida e a freqüência real do som foi estudada pelo físico austríaco Christian Jonhann Doppler (1803-1853), e seu estudo ficou conhecido como Efeito Doppler.
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