Ondas

As ondas podem ser classificadas como um movimento harmônico simples.

Ondas se propagando na superfície de um meio líquido.

Em física, uma onda é uma perturbação oscilante de alguma grandeza física no espaço e periódica no tempo. A oscilação espacial é caracterizada pelo comprimento de onda e o tempo decorrido para uma oscilação é medido pelo período da onda, que é o inverso da sua frequência. Estas duas grandezas estão relacionadas pela velocidade de propagação da onda.

Fisicamente, uma onda é um pulso energético que se propaga através do espaço ou através de um meio (líquido, sólido ou gasoso). Segundo alguns estudiosos e até agora observado, nada impede que uma onda magnética se propague no vácuo ou através da matéria, como é o caso das ondas eletromagnéticas no vácuo ou dos neutrinos através da matéria, onde as partículas do meio oscilam à volta de um ponto médio mas não se deslocam. Exceto pela radiação eletromagnética, e provavelmente as ondas gravitacionais, que podem se propagar através do vácuo, as ondas existem em um meio cuja deformação é capaz de produzir forças de restauração através das quais elas viajam e podem transferir energia de um lugar para outro sem que qualquer das partículas do meio seja deslocada; isto é, a onda não transporta matéria. Há, entretanto, oscilações sempre associadas ao meio de propagação.

Uma onda pode ser longitudinal quando a oscilação ocorre na direcção da propagação, ou transversal quando a oscilação ocorre na direcção perpendicular à direcção de propagação da onda.

Meios de propagação

Podemos classificar os meios onde ondas se podem propagar das seguintes formas:

·         Meios lineares: se diferentes ondas de qualquer ponto particular do meio em questão podem ser somadas;

·         Meios limitados: se ele é finito em extensão, caso contrário são considerados ilimitados;

·         Meios uniformes: se suas propriedades físicas não podem ser modificadas de diferentes pontos;

·         Meios isotrópicos: se suas propriedades físicas são as mesmas em quaisquer direções..

Exemplos de ondas

·         Ondas oceânicas de superfície , que são perturbações que se propagam através da água (veja também surf e tsunami).

·         Som - Uma onda mecânica que se propaga através dos gases, líquidos e sólidos, que é de uma frequência detectada pelo sistema auditivo. Uma onda similar é a onda sísmica presente nos terremotos, que podem ser dos tipos S, P e L .

·         Luz, Ondas de rádio, Raio X, etc. são ondas eletromagnéticas. Neste caso a propagação é possível através do vácuo.

Propriedades características

Todas as ondas tem um comportamento comum em situações padrões. Todas as ondas tem as seguintes características:

·         Reflexão - Quando uma onda volta para a direção de onde veio, devido à batida em material reflexivo.

·         Refração - A mudança da direção das ondas, devido a entrada em outro meio. A velocidade da onda varia, pelo que o comprimento de onda também varia, mas a frequência permanece sempre igual, pois é característica da fonte emissora.

·         Difração - O espalhamento de ondas, por exemplo quando atravessam uma fenda de tamanho equivalente a seu comprimento de onda. Ondas com alto comprimento de onda são facilmente difratadas.

·         Interferência - Adição ou subtração das amplitudes das ondas, depende da fase das ondas em que ocorre a superposição.

·         Dispersão - a separação de uma onda em outras de diferentes frequências.

·         Vibração - Algumas ondas são produzidas através da vibração de objetos, produzindo sons. Exemplo: Cordas ( violão, violino, piano, etc.) ou Tubos ( órgão, flauta, trompete, trombone, saxofone, etc.)

Ondas transversais e longitudinais

Ondas transversais são aquelas em que a vibração é perpendicular à direção de propagação da onda; exemplos incluem ondas em uma corda e ondas eletromagnéticas.

Ondas longitudinais são aquelas em que a vibração ocorre na mesma direção do movimento; um exemplo são as ondas sonoras.

Polarização

Ondas transversais podem ser polarizadas. Ondas não polarizadas podem oscilar em qualquer direção no plano perpendicular à direção de propagação. Ondas polarizadas no entanto oscilam em apenas uma direção perpendicular à linha de propagação.

Descrição física de uma onda

1= Elementos de uma onda

2= Distância

3= Deslocamento

λ= Comprimento de onda

y= Amplitude

Ondas podem ser descritas usando um número de variáveis, incluindo: frequência, comprimento de onda, amplitude e período.

A amplitude de uma onda é a medida da magnitude de um distúrbio em um meio durante um ciclo de onda. Por exemplo, ondas em uma corda têm sua amplitude expressada como uma distância (metros), ondas de som como pressão (pascals) e ondas eletromagnéticas como a amplitude de um campo elétrico (volts por metro). A amplitude pode ser constante (neste caso a onda é uma onda contínua), ou pode variar com tempo e/ou posição. A forma desta variação é o envelope da onda.

O período é o tempo(T) de um ciclo completo de uma oscilação de uma onda. A frequência (F) é período dividido por uma unidade de tempo (exemplo: um segundo), e é expressa em hertz. Veja abaixo:

F = 1 / T

Quando ondas são expressas matematicamente, a frequência angular (ômega; radianos por segundo) é constantemente usada, relacionada com frequência f em:

F = w /2 π

Ondas estacionárias e ondas não-estacionárias

Ondas que permanecem no mesmo lugar são chamadas ondas estacionárias, como as vibrações em uma corda de violino.

Corda a vibrar na frequência fundamental e no 2º e 3º harmónicos.

Quando uma corda é deformada, a perturbação propaga-se por toda a corda, reflectindo-se nas suas extremidades fixas. Da interferência das várias ondas pode resultar uma onda estacionária, ou seja, um padrão de oscilação caracterizado por sítios (os nodos) onde não há movimento. Os nodos resultam da interferência (destrutiva) entre a crista e o ventre de duas ondas. Nos anti-nodos, onde o deslocamento é máximo, a interferência dá-se entre duas cristas ou dois ventres de onda. Cada padrão de oscilação corresponde a uma determinada frequência a que se chama um harmónico. As frequências de vibração variam com o comprimento da corda e com as suas características (material, tensão, espessura), que determinam a velocidade de propagação das ondas. À frequência mais baixa a que a corda vibra chama-se frequência fundamental.

Ondas que se movem (não-estacionárias) têm uma perturbação que varia tanto com o tempo t quanto com a distância z e pode ser expressada matematicamente como: 

F = A (z, t).cos(wt - kz + φ) 

onde A(z,t) é o envelope de amplitude da onda, k é o número de onda e φ é a constante de fase. A velocidade v desta onda é dada por: 

v = w / k = λ.f

onde λ é o comprimento de onda.

A equação universal da onda

A forma mais simples desta equação é:

v = λ.f

Em que:

·         v: Velocidade da onda

·         λ: Comprimento de onda

·         f: Frequência de onda

Y = A.sen[2.π(t/T - x/λ) + φ]

Equação de Schrödinger

A equação de Schrödinger descreve o comportamento ondulatório da matéria na mecânica quântica. As soluções desta equação são funções de onda que podem ser usadas para descrever a densidade de probabilidade de uma partícula.

Ondas unidimensionais

São aquelas que se propagam numa só direção. Exemplo: Ondas em cordas.

Ondas bidimensionais

São aquelas que se propagam num plano. Exemplo: Ondas na superfície de um lago.

Ondas tridimensionais

São aquelas que se propagam em todas as direções. Exemplo: Ondas sonoras na atmosfera ou em metais.