Fenômenos de onda: características, tipos, exemplos - Ciência - 2023

Fenômenos ondulatórios: características, tipos, exemplos - Ciência

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o fenômenos de onda ocorrem quando as ondas se propagam em um meio e encontram outras ondas, com mudanças no meio, limites, lacunas e obstáculos em geral. Isso causa alterações na forma das ondas e em seu movimento.

As ondas carregam energia, não importa. Se olharmos de perto, quando uma pedra é jogada em um lago, o que se propaga na água é a perturbação, uma vez que as moléculas do líquido se movem brevemente de sua posição de equilíbrio e retornam a ela assim que a perturbação diminui.

Como não há transporte de matéria, podemos esperar que as ondas se comportem de maneiras diferentes do que os objetos se comportariam quando interagem.

As ondas conseguem passar por diferentes meios e até ocupar o mesmo espaço ao mesmo tempo, algo que partículas com massa não podem fazer, pelo menos no nível macroscópico (os elétrons têm massa e podem experimentar fenômenos ondulatórios).

Entre os principais fenômenos de ondas que podemos observar na natureza estão reflexão, refração, interferência e difração.

Tanto a luz quanto o som, tão preciosos aos sentidos, comportam-se como ondas e vivenciam todos esses fenômenos, dentro das diferenças existentes em suas respectivas naturezas.

Por exemplo, a luz não precisa de um meio material para se espalhar, enquanto o som precisa. Além disso, a luz é uma onda transversal (a perturbação é perpendicular à direção em que a onda viaja), enquanto o som é uma onda longitudinal (a perturbação e o deslocamento são paralelos).

Tipos de fenômenos de onda

Apesar de sua natureza diferente, todas as ondas têm os seguintes fenômenos de onda em comum:

Reflexão

Quando as ondas viajam, às vezes encontram limites que separam um meio do outro, por exemplo, um pulso viajando através de uma corda firmemente presa a uma extremidade.

Uma vez que o pulso atinge o final da corda, ele retorna amplamente, mas o faz ao contrário. Diz-se que o pulso sofre reflexão, ou seja, é refletido no limite entre a corda e o suporte.

A inversão do pulso se deve à reação exercida pelo suporte na corda, que por lei de ação e reação tem a mesma direção e magnitude, mas direção oposta. Por esse motivo, o pulso se inverte ao voltar.

Outra possibilidade é que a corda tenha alguma liberdade na extremidade presa, por exemplo, ela está amarrada a um anel que pode deslizar sobre uma barra. Portanto, o pulso enviado pela string não retorna invertido.

De modo geral, quando uma onda se propaga e atinge a fronteira que separa dois meios diferentes, ela sofre uma mudança de direção. A onda que chega é conhecida como onda incidente, aquela que retorna é a onda refletida e se uma parte é transmitida para o outro meio é conhecida como onda refratada.

O som é uma onda, então você experimenta reflexão quando fala em uma sala vazia. A luz também é uma onda, e podemos vê-la refletindo no espelho, na superfície tranquila de um lago ou no vitral do arranha-céu da Figura 1.

Refração

O fenômeno da refração ocorre quando uma onda passa de um meio para outro, por exemplo, do ar para a água. Uma parte da onda é transmitida ao segundo meio: a onda refratada (veja a figura 2).

Ao tentar agarrar um objeto submerso no fundo de uma fonte ou balde, é muito provável que você não o alcance, mesmo que a mão esteja direcionada para onde o objeto está. E isso porque os raios de luz mudaram de direção ao passar do ar para a água, ou seja, sofreram refração.

Além disso, a velocidade com que as ondas se movem varia de acordo com o meio. No vácuo, as ondas de luz se movem com velocidade constante c = 300.000 km / s, mas na água a velocidade diminui para (3/4) ce no vidro ainda mais: a (2/3) c.

A velocidade da luz em um meio depende de seu índice de refração, definido como a razão entre c e a velocidade v que a luz tem no meio:

n = c / v

O fenômeno é análogo a um carrinho de brinquedo que rola sobre um piso de cerâmica dura ou madeira polida e, de repente, rola sobre um tapete. Isso não apenas muda sua direção, mas também diminui sua velocidade.

Absorção

Se a onda encontrar um meio diferente, pode acontecer que toda a energia que ela carrega ceda e sua amplitude se torne zero. Diz-se então que a onda foi absorvida.

Interferência

Dois objetos não compartilham seu espaço, porém duas ou mais ondas não têm problemas em estar ao mesmo tempo no mesmo ponto no espaço. Esse comportamento é exclusivo deles.

Isso acontece sempre que duas pedras são atiradas simultaneamente na água, padrões de ondas independentes são produzidos que podem se sobrepor e dar uma onda resultante.

A amplitude da onda resultante pode ser maior ou menor que a das ondas interferentes, ou elas podem simplesmente se anular. Neles o princípio de superposição.

Para ondas, o princípio da superposição afirma que a onda resultante é igual à soma algébrica dos deslocamentos das ondas interferentes (podem ser mais de duas).

Se as ondas estão em fase, o que significa que seus vales e cristas estão alinhados, resulta uma onda com o dobro da amplitude. Isso é conhecido como interferência construtiva.

Em contraste, quando a crista de uma onda se sobrepõe à depressão de outra, elas se neutralizam e a amplitude da onda resultante diminui ou se torna zero. Este efeito é chamado Interferência destrutiva.

Depois de interagir, as ondas continuam seu caminho como se nada tivesse acontecido.

Difração

Este fenômeno é típico de ondas; nele a onda é desviada e distorcida quando encontra um obstáculo no caminho da onda ou uma lacuna no meio. O efeito é significativo quando o tamanho do obstáculo é comparável ao do comprimento de onda.

As ondas atendem ao princípio de Huygens, que afirma que cada ponto no meio se comporta por sua vez como um foco que emite ondas. Como um meio tem um número infinito de pontos, sobrepor todos eles dá a frente de onda.

Quando atinge uma abertura do tamanho do comprimento de onda, os focos na frente de onda conseguem interferir uns com os outros e as deformações da onda.

A difração do som é fácil de apreciar, já que seu comprimento de onda é comparável ao dos objetos que nos cercam, por outro lado, o comprimento de onda da luz é muito mais curto e consequentemente a difração requer obstáculos muito pequenos.

Na imagem a seguir, temos uma frente de onda plana, movendo-se verticalmente para baixo para encontrar uma abertura em uma parede.

À esquerda, o comprimento da onda incidente é muito menor do que o tamanho da abertura e a onda dificilmente é deformada. Por outro lado, na figura da direita, o comprimento de onda é de tamanho comparável ao da abertura e ao sair dela a onda se curva sensivelmente.

Exemplos de fenômenos de onda

-Ouvir música e conversas em outra sala se deve à difração do som quando encontra aberturas como portas e janelas. Baixas frequências são melhores nisso do que altas frequências, razão pela qual trovões distantes ressoam muito mais alto do que trovões próximos, que são percebidos mais como estrondos breves.

-As miragens se devem ao fato de partes do ar apresentarem índices de refração diferentes, devido à densidade desigual.

Isso faz com que o céu e objetos distantes pareçam ser refletidos em uma superfície líquida inexistente no deserto ou em uma rodovia quente. Sucessivas refrações de luz em camadas desiguais da atmosfera são o que criam esse efeito.

-Não é possível ver objetos menores que o comprimento de onda da luz com a qual são iluminados. Por exemplo, os vírus são menores que os comprimentos de onda visíveis, portanto não podem ser vistos com um microscópio comum.

-A refração nos permite ver o Sol pouco antes de ele nascer (ou se pôr). Nessas horas, os raios do sol atingem obliquamente a atmosfera e a mudança no ambiente é responsável por dobrá-los e desviá-los.

É por isso que podemos ver o astro rei antes que esteja realmente acima do horizonte ou continuar a vê-lo logo acima do horizonte quando na verdade já passou abaixo.

Referências

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