Onda estacionária

Definição

Ondas que parecem vibrar verticalmente sem se deslocar horizontalmente. Criados a partir de ondas com idêntica frequência e amplitude, interferindo entre si enquanto viajam em direções opostas.

Onda estacionária é a combinação de duas ondas se movendo em direções opostas, cada uma com a mesma amplitude e frequência. O fenômeno é resultado de interferência; isto é, quando as ondas são sobrepostas, suas energias são adicionadas ou canceladas. No caso de ondas se movendo na mesma direção, a interferência produz uma onda de deslocamento.

Para ondas em movimento oposto, a interferência produz uma onda oscilante fixada no espaço.

As ondas estacionárias são indicadas por um conjunto estacionário de nós, espaçados na metade do comprimento de onda ao longo da direção de propagação das ondas.

O que é uma onda estacionária?

Uma onda estacionária é uma onda que parece vibrar no lugar, em vez de avançar. É causada pela interação de duas ondas idênticas se movendo em direções opostas ao longo do mesmo meio.

Os deslocamentos resultantes são duas vezes maiores que os causados por uma única onda. Eles não se movem ao longo do meio, mas parecem permanecer em pontos definidos ao longo da linha.

Uma onda é qualquer distúrbio de energia que viaja de um local para outro ao longo de um meio. Muitos materiais podem servir como meios. A água é um exemplo comum, mas as ondas também podem viajar através de cordas, ar e muitas outras substâncias. Terremotos são causados por ondas sísmicas que se deslocam através das camadas do planeta.

É importante notar que é a energia, não o meio, que viaja em uma onda.

Se duas pessoas estiverem em um ginásio segurando uma corda de pular ensinada entre elas, uma das pessoas poderá mover a corda para cima e para baixo, fazendo com que uma onda se mova através da corda de pular. A corda se move para cima e para baixo ou de um lado para o outro, mas não se move pelo ginásio. O que está sendo transportado é a energia, não o meio.

Uma onda estacionária é formada quando a energia se move em duas direções ao mesmo tempo. É como se as duas pessoas que seguravam a corda começaram a movê-la para cima e para baixo ao mesmo tempo.

A energia viaja de cada extremidade em direção ao lado oposto. Quando a energia que vem de um lado encontra a energia que vem do outro lado, eles interferem um no outro, causando uma onda estacionária.

A amplitude de uma onda é a distância entre o ponto mais alto e o ponto de equilíbrio. Este ponto mais alto é chamado de antinodo.

Na maioria das ondas, o antinodo parece se mover ao longo do comprimento do meio. Com uma onda estacionária, o antinodo permanece no mesmo lugar, porque a interferência entre as energias se movendo em direções opostas sempre ocorre no mesmo ponto. Isso também se aplica aos nós ou pontos de menor deslocamento.

Os nós aparecem nos pontos em que a energia de um lado está subindo enquanto a energia do outro lado está se movendo para baixo. Os movimentos opostos se cancelam efetivamente. Por outro lado, os antinodos de uma onda estacionária aparecem em pontos onde a energia de cada lado se move para cima ou para baixo no mesmo local. A energia neste caso é dobrada, tornando o movimento mais pronunciado.

Os antinodos são sempre espaçados igualmente na metade do caminho entre os nós.

Onda estacionária – Amplitude

São ondas resultantes da superposição de duas ondas de mesma freqüência, mesma amplitude, mesmo comprimento de onda, mesma direção e sentidos opostos.

Pode-se obter uma onda estacionária através de uma corda fixa numa das extremidades.

Com uma fonte faz-se a outra extremidade vibrar com movimentos verticais periódicos, produzindo-se perturbações regulares que se propagam pela corda.

Em que: N = nós ou nodos e V= ventres.

Ao atingirem a extremidade fica, elas se refletem, retornando com sentido de deslocamento contrário ao anterior.

Dessa forma, as perturbações se superpõem às outras que estão chegando à parede, originando o fenômeno das ondas estacionárias.

Uma onda estacionária se caracteriza pela amplitude variável de ponto para ponto, isto é, há pontos da corda que não se movimentam (amplitude nula), chamados nós (ou nodos), e pontos que vibram com amplitude máxima, chamados ventres.

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

Ondas harmônicas

Suponhamos que um homem cause em uma das extremidades de uma corda, uma sucessão de ondas harmônicas com amplitude a, essas ondas irão sofrer reflexão na extremidade fixa da corda, e quando voltarem vão se superpor às ondas incidentes, que continuam sendo causadas pelo homem.

Isso estabelecerá interferência entre as ondas refletidas e as ondas incidentes, resultando em ondas estacionárias.

É importante sabermos que as ondas estacionárias são o resultado da superposição de ondas idênticas que se propagam em sentidos contrários no mesmo meio.

Por mais que essas ondas possuam energia, elas não a transmitem, por possuir uma velocidade de propagação nula. É por esse fato que ela recebe este nome.

Vejamos no esquema a seguir que ao longo da corda terão ventres e nós, vejamos:

Para entendermos melhor vejamos a definição de ventre e nós:

Os ventres podem ser chamados também de antinodos, que são pontos onde sempre ocorre a interferência construtiva, onde esses pontos vibram com uma amplitude máxima Av, que é dada por:

Os nós podem ser chamados de nodos, que são pontos onde sempre ocorre a interferência destrutiva, onde esses pontos vibram com amplitude An nula, que é dada por:

Obs.: os ventres e os nós não se propagam, permanecendo o tempo todo nas mesmas posições.

Propriedades das ondas estacionárias

P.1. Ventres que vibram com amplitude 2a.

P.2. Nós que não vibram, ou seja, com amplitude nula.

P.3. Pontos intermediários existentes entre os ventres e o nós que vibram com amplitude entre 0 e 2a..

P.4. Todos os pontos do mesmo gomo ou lóbulo vibram em concordância de fase.

P.5. A velocidade de propagação de uma onda estacionária é nula. Por isso, mesmo tendo energia, essa onda não propaga essa energia.

P.6. A distância entre:

Corda estacionária

Fonte: ww2.unime.it/www.colegioweb.com.br/physics.info/isaacphysics.org/phys.libretexts.org/www.sfu.ca/labman.phys.utk.edu/salfordacoustics.co.uk/www.khanacademy.org