Fenômenos de ondas: características, tipos, exemplos

Fenômenos de ondas: características, tipos, exemplos

O fenômeno das ondas ocorre quando as ondas se propagam em um meio e encontram outras ondas, com mudanças no ambiente, fronteiras, lacunas e obstáculos em geral. Isso causa alterações na forma das ondas e seu deslocamento.

Ondas carregam energia, não importa . Se você observar atentamente, quando uma pedra é jogada em um lago, é a perturbação que se propaga na água, uma vez que as moléculas líquidas se movem brevemente de sua posição de equilíbrio e retornam a ela assim que a perturbação se afasta.

Como não há transporte de matéria, podemos esperar que as ondas se comportem de maneira diferente do que os objetos teriam quando interagem.

As ondas conseguem atravessar diferentes meios e até ocupar o mesmo espaço ao mesmo tempo, algo que as partículas com massa não podem fazer, pelo menos macroscopicamente (os elétrons têm massa e podem experimentar fenômenos de ondas).

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 para os sentidos, comportam-se como ondas e experimentam 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 faz. Além disso, a luz é uma onda transversal (a perturbação é perpendicular à direção em que a onda está se movendo), enquanto o som é uma onda longitudinal (a perturbação e o deslocamento são paralelos).

Tipos de fenômenos de ondas

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

Reflexão

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

Quando o pulso atinge o final da corda, ele retorna em grande parte, mas reverte. Diz-se que o pulso passa por reflexão, ou seja, é refletido no limite entre a corda e o suporte.

A inversão do pulso é devida à reação exercida pelo suporte na corda, que por lei de ação e reação tem a mesma direção e magnitude, mas na direção oposta. Por esse motivo, o pulso é revertido ao retornar.

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Outra possibilidade é que a corda tenha alguma liberdade na extremidade acoplada, por exemplo, está amarrada a um anel que pode deslizar em uma barra. Portanto, o pulso enviado através da corda não retorna invertido.

De um modo geral, quando uma onda se propaga e atinge o limite que separa duas mídias diferentes, ela experimenta uma mudança de direção. A onda que chega é conhecida como onda incidente, a 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, é por isso que você experimenta reflexão ao falar em uma sala vazia. A luz também é uma onda e podemos vê-la refletindo no espelho, na superfície calma 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 para o 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 não o alcance, mesmo que a mão esteja direcionada para onde ele está. E isso ocorre porque os raios de luz mudaram de direção quando passaram do ar para a água, ou seja, experimentaram 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 a uma 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 do seu índice de refração, definido como a razão entre c e a velocidade v que a luz possui no meio:

n = c / v

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

Absorção

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

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Interferência

Dois objetos não compartilham seu espaço, no entanto, duas ou mais ondas não têm problema em estar ao mesmo tempo no mesmo ponto no espaço. Esse comportamento é exclusivo para eles.

Isso acontece toda vez que duas pedras são jogadas na água simultaneamente, são produzidos padrões de ondas independentes que podem se sobrepor e gerar uma onda resultante.

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

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

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

Por outro lado, quando a crista de uma onda se sobrepõe ao vale de outra, elas se contrapõem e a amplitude da onda resultante diminui ou se torna nula. Esse efeito é chamado de interferência destrutiva .

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

Difração

Este fenômeno é típico das ondas; nela, a onda é desviada e distorcida ao encontrar um obstáculo no caminho da onda ou um espaço entre eles. O efeito é significativo quando o tamanho do obstáculo é comparável ao do comprimento de onda.

As ondas seguem o princípio de Huygens, que afirma que cada ponto do meio se comporta, por sua vez, como um foco que emite ondas. Como um meio possui um número infinito de pontos, a sobreposição de todos fornece a frente da onda.

Quando atinge uma abertura do tamanho do comprimento de onda, os focos na frente da onda conseguem interferir entre si e a onda se deforma.

A difração do som é fácil de apreciar, pois seu comprimento de onda é comparável ao dos objetos que nos cercam, enquanto o comprimento de onda da luz é muito menor e, consequentemente, a difração requer obstáculos muito pequenos.

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

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

Exemplos de fenômenos de ondas

– Ouvir música e conversar em outra sala deve-se à difração do som quando você encontra aberturas como portas e janelas. As baixas frequências são melhores nisso do que as altas, e é por isso que o trovão distante ronca muito mais alto do que o trovão próximo, que é percebido mais como uma breve explosão.

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

Isso faz com que o céu e objetos distantes pareçam refletir sobre uma superfície líquida inexistente no deserto ou em uma estrada quente. As refrações sucessivas da luz nas camadas irregulares da atmosfera são o que cria esse efeito.

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

-A fração nos faz ver o Sol logo antes de ele nascer (ou se pôr ). Nesses momentos, os raios do sol atingem obliquamente a atmosfera e a mudança no meio é responsável por dobrá-los e desviá-los.

Assim, podemos ver o rei das estrelas antes que ele realmente esteja acima do horizonte ou continuar a vê-lo logo acima do horizonte, quando na verdade ele já passou abaixo.

Referências

  1. Bikos, K. O que é refração da luz? Recuperado de: timeanddate.com.
  2. Figueroa, D. 2005. Série: Física para Ciências e Engenharia. Volume 7. Ondas e física quântica. Editado por Douglas Figueroa (USB).
  3. Hewitt, Paul. 2012. Ciência Física Conceitual. 5 th . Ed. Pearson.
  4. Hiperfísica. Refração. Recuperado de: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
  5. Rex, A. 2011. Fundamentos de Física. Pearson.
  6. Sears, Zemansky. 2016. Física Universitária com Física Moderna. 14 th . Ed. Volume1.
  7. Wikipedia. Refração atmosférica. Recuperado de: fr.wikipedia.org.

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