Ondulatória

Definição

Ondulatória é a área da física que se estuda as Ondas.

Mas o que são Ondas ? Ondas são perturbações que se propagam em algum meio.

As ondas podem ser classificadas em duas parte:

– Ondas Mecânicas

-Ondas Eletromagnéticas

A física ondulatória estuda todos os tipos de ondas: em cordas, sonoras, luminosas e de água. E mais uma vez os nomes de Galileu e Newton aparecem relacionados ao estudo de aspectos de um mesmo fenômeno.

Desde seus primeiros contatos com a física, você deve ter percebido a participação desses dois cientistas nos mais diversos assuntos desta ciência. Uma curiosidade: Newton nasceu no mesmo ano da morte de Galileu (1642).

Em ondulatória, os estudos de Galileu foram fundamentais. Quanto a Newton, foi a partir de suas análises sobre a velocidade do som que os fenômenos ondulatórios deixaram de constituir um estudo superficial (se bem que os sons musicais, a apenas eles, já eram estudados desde a antiguidade). Newton também foi primeiro a ligar som à mecânica.

A noção de que as vibrações tanto sonoras como luminosas se propagam através de movimento ondulatório começou a tomar corpo na segunda metade do século XVII, quando já se pesquisava uma analogia entre as ondas de água, o fenômeno sonoro e a propagação da luz.

O grande pesquisador dessa área foi o cientista holandês Cristhian Huyghens, que dá o mesmo tratamento ao som e à luz. Para ele, que não chegou a estudar ondas de água, o som e a luz seriam constituídos de vibrações longitudinais. Mas foi a luz que despertou neste cientista mais paixão, levando-o a conceber a primeira hipótese das ondulações. Embora os conceitos formulados por eles sejam transmitidos até hoje, sua teoria ondulatória teve pouca influência no estudo do som.

No final do século XVII o conhecimento sobre som já estava avançado. No entanto, é no século seguinte que surgiram análises bastante importantes, inclusive a da medição da velocidade do som: 337m/s. No final do século XVII a natureza do som já estava caracterizada como um estado vibratório, abrindo a possibilidade de um aprofundamento ainda maior, como você verá.

A voz humana

A voz humana e o ouvido humano têm sido estudados desde a época de Platão. Mas como o estudo mais aprofundado do som é relativamente recente, e a descoberta das cordas vocais ainda não tinha sido realizada, faltavam conhecimentos para compreender melhor o assunto.

A descoberta do mecanismo da audição veio bem depois. No começo do século XVIII o que se tinha era apenas a determinação dos limites auditivos de um ouvido humano normal, isto é, e que distância um som era possível de ser escutado.

Os estudos preliminares sobre corpos vibrantes (as cordas, por exemplo) permitiram, desde o começo do século XIX, um aprofundamento na análise do som. Este pôde então tornar-se uma verdadeira ciência, com numerosas aplicações.

MOVIMENTO OSCILATÓRIO

Veio de Galileu as primeiras constatações sobre os movimentos oscilatórios.

– Quanto maior o comprimento do barbante, maior o período de oscilação.

– O período de oscilação não depende do peso do corpo.

ONDAS

Imagine uma piscina com a água bem parada. Agora, pense em alguém jogando uma pequena pedra nesta piscina. O que acontece?

Claro! Há a formação de uma onda. Mas perceba o que é uma onda. Nada mais é do que uma PERTURBAÇÃO . O ambiente estava calmo e depois de perturbado, começou a propagar esta perturbação de modo rítmico e constante – uma ONDA.

Há vários tipos de onda sob vários aspectos (modo de propagação, se troca ou não calor com o meio, etc.). Mas antes precisamos saber os termos principais que regem este estudo:

Pulso: é a propagação da perturbação através de um meio. Uma série de pulsos chama-se onda.

Crista: ou vale, ou ainda seio da onda. É o local mais baixo ou mais alto da propagação.

Amplitude: é a distância do sentido de propagação até uma crista ou vale.

As ondas transportam matéria?

A resposta é NÃO ! Taxativa e única. Não há transporte de matéria por onda. Onda só transporta energia, sem transportar matéria. Um corpo sujeito a ação de uma onda pode receber dela energia mecânica.

Comprimento de Onda: é a distância entre uma crista até outra crista imediatamente mais próxima

Ondas Longitudinais: quando a vibração dos pontos acontecem na mesma direção de propagação da onda, ou seja, no sentido horizontal.

Ondas Transversais: quando a vibração dos pontos é numa direção e a direção da propagação é perpendicular.

Onda Mecânica: É toda onda que necessita de um meio para se propagar.

Onda Eletromagnética: É toda onda que se propaga mesmo não tendo um meio físico para isto. É gerada por vibrações de natureza elétrica e magnética, daí o seu nome.

Velocidade de propagação das ondas:

a) Quanto mais tracionado o material, mais rápido o pulso se propagará.

b) O pulso se propaga mais rápido em um meio de menor massa.

c) O pulso se propaga mais rápido quando o comprimento é grande.

d) Equação da velocidade:

ou ainda pode ser V = l.f

A equação acima nos mostra que quanto mais rápida for a onda maior será a frequência e mais energia ela tem. Porém, a frequência é o inverso do comprimento de onda (l), isto quer dizer que ondas com alta frequência têm l pequenos. Ondas de baixa frequência têm lgrandes

Ondas Unidimensionais: São aquelas que se propagam em um plano apenas. Em uma única linha de propagação.

Ondas Bidimensionais: São aquelas que se propagam em duas dimensões. Em uma superfície, geralmente. Movimentam-se apenas em superfícies planas.

Ondas Tridimensionais: São aquelas que se propagam em todas as direções possíveis.

SOM

O som é uma onda (perturbação) longitudinal e tridimensional, produzida por um corpo vibrante sendo de cunho mecânico.

Fonte sonora: qualquer corpo capaz de produzir vibrações. Estas vibrações são transmitidas às moléculas do meio, que por sua vez, transmitem a outras e a outras, e assim por diante. Uma molécula pressiona a outra passando energia sonora.

Não causa aquecimento: As ondas sonoras se propagam em expansões e contrações adiabáticas. Ou seja, cada expansão e cada contração, não retira nem cede calor ao meio.

Velocidade do som no ar: 337m/s

Nível sonoro: o mínimo que o ouvido de um ser humano normal consegue captar é de 20Hz, ou seja, qualquer corpo que vibre em 20 ciclos por segundo. O máximo da sensação auditiva, para o ser humano é de 20.000Hz (20.000 ciclos por segundo). Este mínimo é acompanhado de muita dor, por isso também é conhecido como o limiar da dor.

Há uma outra medida de intensidade de som, que chamada de Bell. Inicialmente os valores eram medidos em Béis, mas tornaram-se muito grandes numericamente. Então, introduziram o valor dez vezes menor, o deciBell, dB. Esta medida foi uma homenagem a Alexander Graham Bell. Eis a medida de alguns sons familiares:

Fonte sonora ou dB Intensidade

descrição de ruído em W.m-2

Limiar da dor	120	1
Rebitamento	95	3,2.10-3
Trem elevado	90	10-3
Tráfego urbano
pesado	70	10-5
Conversação	65	3,2.10-6
Automóvel silencioso	50	10-7
Rádio moderado	40	10-8
Sussurro médio	20	10-10
Roçar de folhas	10	10-11
Limite de audição	0	10-12

Refração: mudanças na direção e na velocidade.

Refrata quando muda de meio.

Refrata quando há mudanças na temperatura

Difração: Capacidade de contornar obstáculos. O som tem grande poder de difração, porque as ondas têm um l relativamente grande.

Interferência: na superposição de ondas pode haver aumento de intensidade sonora ou a sua diminuição.

Destrutiva:– Crista + Vale – som diminui ou para.

Construtiva:- Crista + Crista ou Vale + Vale – som aumenta de intensidade.

QUALIDADES DO SOM

O som tem três qualidades muito interessantes:

Altura: depende da frequência da onda gerada pela fonte emissora.

Agudos: Alta frequência

Graves:– Baixa frequência

Intensidade: Também conhecido como volume. É o som fraco ou forte.

Timbre: É a qualidade que depende da fonte emissora. É distinguido pelos harmônicos produzidos. É a alma dos instrumentos musicais, sendo possível reconhecê-los por causa desta qualidade.

Efeito Doppler

É comum nos grandes centros o som de uma sirene de polícia ou de uma ambulância. O que é interessante notar é que quando o som está chegando há um aumento da frequência e quando está indo, há uma diminuição da frequência.

Há uma diferença na altura dos sons. Quando está vindo, o som parece mais agudo. Quando está indo, parece ser mais grave.

Reflexão

Da mesma forma como a luz no espelho é refletida, o som também pode sofrer o mesmo fenômeno. A reflexão resulta de seu choque com um obstáculo, havendo aí uma mudança no sentido de propagação do som.

Eco: Para que ocorra, o intervalo de tempo entre a emissão do som e o retorno deste ao ouvido tem que ser no mínimo de 0,1s. Como a distância é de ida e volta, 2x, e sendo a velocidade arredondada para 340m/s:

v = x/t => 340 = 2x/0,1 => x = 17m

Esta é a distância mínima para que haja eco.

Os sonares funcionam com este efeito.

Reforço: Em geral não ocorre, pois os ecos se misturam aos sons originais e não percebemos esta modalidade. Quando o som original e o refletido chegam ao ouvinte quase simultaneamente, ocorre o reforço. É comum em pequenos recintos.

Reverberação: Comum nos amplos ambientes. É quando o som refletido e o original chegam ao ouvinte com um intervalo menor do que 0,1s (menos de 17m).

Ressonância: Quando a frequência de uma fonte sonora é igual à frequência natural de um corpo, ocorre o fenômeno da ressonância. As caixas de ressonância geralmente funcionam fazendo com que o ar dentro delas vibre na mesma frequência da fonte sonora, havendo um aumento na intensidade do som.

Fonte: br.geocities.com

Ondulatória

Definição: Denomina-se onda ao movimento causado por uma perturbação que se propaga através de um meio.

Classificação das Ondas:

– Quanto à natureza:

Onda Mecânica : Precisa de um meio natural para propagar-se

(não se propaga no vácuo). Ex.: corda ou onda sonora (som).

Onda Eletromagnética: Não necessita de um meio natural para propagar-se. Ex.: ondas de rádio ou luz.

– Quanto à direção da vibração:

Ondas Transversais: São aquelas que possuem vibrações perpendiculares à direção da propagação. .

Ondas Longitudinais: As vibrações coincidem com a direção da propagação.

– Quanto à direção da propagação:

Unidimensionais: Propagam-se numa só direção. Ex.: ondas em corda.

Bidimensionais: Propagam-se num plano. Ex.: ondas na superfície de um lago.

Tridimensionais: São aquelas que se propagam em todas as direções. Ex.: ondas sonoras no ar atmosférico.

Ondas Periódicas: São aquelas que recebem pulsos periódicos, ou seja, recebem pulsos em intervalos de tempo iguais. Portanto, passam por um mesmo ponto com a mesma frequência.

Velocidade da Propagação: A velocidade da propagação da onda depende da densidade linear da corda ( m) e da força da tração.

Reflexão: É quando a onda, após incidir num segundo meio de características diferentes, volta a se propagar no meio original.

O pulso sofre reflexão com inversão de fase, mantendo todas as outras características

O pulso sofre reflexão e não ocorre inversão de fase.

Refração: Ocorre quando a onda passa de um meio para outro de características diferentes. Devido à mudança, a velocidade e o comprimento se modificam. Ex: onda do mar passando do fundo para o raso.

OBS.: A frequência não se altera porque esta depende apenas da fonte.

Difração: Ocorre quando uma onda encontra obstáculos à sua propagação e seus raios sofrem encurvamento.

Princípio da Superposição: Ocorre pela superposição de duas ou mais ondas.

Ondas Estacionárias

São ondas resultantes da superposição de duas ondas com:

– mesma frequência

– mesma amplitude

– mesmo comprimento de onda

– mesma direção

– sentidos opostos

Ao atingirem a extremidade fixa, elas se refletem, voltando com sentido contrário ao anterior. Dessa forma, as perturbações se superpõem às outras que estão chegando à parede, originando o fenômeno das ondas estacionárias .

Característica: amplitude variável de ponto para ponto, isto é, pontos que não se movimentam (amplitude nula).

Nodos: pontos que não se movimentam

Ventres: pontos que vibram com amplitude máxima

É evidente que, entre os nós, os pontos da corda vibram com a mesma frequência, mas com amplitudes diferentes.

Dá-se o nome de onda à propagação de energia de um ponto para a outro, sem que haja transporte de matéria.

TIPOS DE ONDAS

Onda transversal

A vibração do meio é perpendicular à direção de propagação. Exemplo: onda numa corda.

Onda longitudinal

A vibração do meio ocorre na mesma direção que a propagação. Ex: ondas em uma mola, ondas sonoras no ar.

CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS

Ondas nidimensionais

Quando se propagam numa só direção. Ex: uma perturbação numa corda.

Ondas bidimensionais

Quando se propagam ao longo de um plano. Ex: ondas na superfície da água.

Ondas tridimensionais

Quando se propagam em todas as direções. Ex: ondas sonoras.

NATUREZA DAS ONDAS

Ondas mecânicas

São aquelas originadas pela deformação de uma região de um meio elástico e que, para se propagarem, necessitam de um meio material. Ex: onda na superfície da água, ondas sonoras, ondas numa corda tensa, etc.

As ondas mecânicas não se propagam no vácuo.

Ondas eletromagnéticas

São aquelas originadas por cargas elétricas oscilantes. Ex: ondas de rádio, ondas de raios X, ondas luminosas, etc.

As ondas eletromagnéticas propagam-se no vácuo.

Fonte: www.brasilescola.com