2. Classificação das Ondas

• Quanto à natureza:

  • Ondas mecânicas: Necessitam de um meio material para se propagar (ex: som, ondas em uma corda).

  • Ondas eletromagnéticas: Não precisam de um meio material, propagando-se até no vácuo (ex: luz, ondas de rádio).

• Quanto à direção de oscilação:

  • Ondas transversais: As partículas do meio oscilam perpendicularmente à direção de propagação da onda (ex: luz, ondas em uma corda).

  • Ondas longitudinais: As partículas do meio oscilam na mesma direção de propagação da onda (ex: som).

• Quanto ao meio de propagação:

  • Ondas unidimensionais: Propagam-se em uma única direção (ex: ondas em uma corda).

  • Ondas bidimensionais: Propagam-se em duas direções (ex: ondas na superfície da água).

  • Ondas tridimensionais: Propagam-se em todas as direções possíveis (ex: som, luz).

3. Características das Ondas

• Amplitude (A): Máximo deslocamento da onda em relação à posição de equilíbrio. Está relacionada à energia da onda (quanto maior a amplitude, maior a energia).

• Período (T): Tempo que a onda leva para completar um ciclo. Mede-se em segundos (s).

• Frequência (f): Número de ciclos que a onda completa por segundo. É o inverso do período:
                                                              f = 1/T​
  Medida em Hertz (Hz).

• Comprimento de Onda (λ): Distância entre dois pontos consecutivos em fase (como dois picos ou dois vales). Representa o espaço percorrido pela onda em um ciclo completo.

• Velocidade de propagação (v): É a velocidade com que a onda se desloca no meio, e está relacionada ao comprimento de onda e à frequência pela equação:
                                                                  v=λ⋅f 

4. Equação da Onda

A equação geral da onda descreve o deslocamento y de uma partícula em uma posição xxx e tempo ttt:

                                                    y(x,t) = A⋅sin (2π (x/λ​ − t/T​)) 

Essa fórmula descreve o comportamento harmônico simples de ondas periódicas.

5. Princípios de Ondulatória

• Reflexão: Quando uma onda encontra uma superfície, parte ou toda a onda pode ser refletida de volta para o meio original. Na reflexão, o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão:
                                                                θi​=θr​ 

• Refração: Quando uma onda passa de um meio para outro com diferentes propriedades, sua velocidade e comprimento de onda mudam, causando a deflexão da onda. A relação é dada pela Lei de Snell:
                                                n1 ​⋅ sin(θ1​) = n2 ​⋅ sin(θ2​)
  Onde n1​ e n2​ são os índices de refração dos meios, e θ1​ e θ2​ são os ângulos de incidência e refração.

• Difração: É a capacidade de as ondas contornarem obstáculos ou se propagarem por fendas. A difração é mais perceptível quando o tamanho do obstáculo ou fenda é comparável ao comprimento de onda.

• Interferência: Ocorre quando duas ou mais ondas se superpõem, resultando em uma nova onda. A interferência pode ser:

  • Construtiva: Quando as ondas se somam, resultando em uma amplitude maior.

  • Destrutiva: Quando as ondas se cancelam, resultando em uma amplitude menor ou nula.

• Ressonância: Fenômeno em que um sistema é forçado a oscilar com a sua frequência natural, resultando em grandes amplitudes de oscilação.

6. Ondas Estacionárias

Formam-se quando ondas de mesma frequência e amplitude, propagando-se em direções opostas, interferem entre si. Elas apresentam nós (pontos de amplitude zero) e ventres (pontos de amplitude máxima). A equação de uma onda estacionária é:

                                             y(x,t) = 2A⋅sin(kx)⋅cos(ωt)

Onde k = 2π/λ​ é o número de onda, e ω = 2πf é a frequência angular.

7. Velocidade do Som

A velocidade de propagação do som depende do meio. Em geral, ela é maior em sólidos, seguida pelos líquidos e, por último, pelos gases. No ar, a velocidade do som a 20°C é aproximadamente:

                                                       var​ ≈ 343m/s 

Essa velocidade varia com a temperatura e outras condições do meio.

8. Efeito Doppler

Ocorre quando há movimento relativo entre uma fonte de ondas e um observador, resultando em uma aparente mudança na frequência da onda percebida. O efeito Doppler é descrito pela fórmula:

                                                         f′=(v+v0/v+vf)f 

Onde:

• f′ é a frequência percebida,

• f é a frequência da fonte,

• v é a velocidade da onda no meio,

• vo​ é a velocidade do observador,

• vf​ é a velocidade da fonte.

9. Energia das Ondas

A energia transportada por uma onda é proporcional ao quadrado da amplitude da onda. A potência média transportada por uma onda mecânica, por exemplo, pode ser dada por:

                                                                           P = 1/2​⋅μ⋅v⋅ω²⋅A²

Onde μ é a densidade linear do meio e ω é a frequência angular da onda.

1. Quanto à Natureza das Ondas

• Ondas Mecânicas:

  • Necessitam de um meio material para se propagar (como ar, água, cordas, etc.).

  • Exemplo: som, ondas em uma corda, ondas sísmicas.

  • A propagação dessas ondas depende das propriedades do meio, como elasticidade e densidade.

• Ondas Eletromagnéticas:

  • Não necessitam de meio material, podem se propagar no vácuo.

  • São formadas por oscilações de campos elétricos e magnéticos perpendiculares entre si.

  • Exemplo: luz, ondas de rádio, micro-ondas, raios X.

  • A luz visível é apenas uma pequena faixa do espectro eletromagnético.

2. Quanto à Direção de Oscilação

• Ondas Transversais:

  • A direção de oscilação das partículas do meio é perpendicular à direção de propagação da onda.

  • Exemplo: ondas em uma corda, ondas eletromagnéticas.

• Ondas Longitudinais:

  • A direção de oscilação das partículas é a mesma ou paralela à direção de propagação da onda.

  • Exemplo: ondas sonoras no ar, onde as partículas de ar oscilam para frente e para trás na mesma direção que a onda se propaga.

3. Quanto ao Meio de Propagação

• Ondas Unidimensionais:

  • Propagam-se em uma única direção.

  • Exemplo: ondas em uma corda esticada.

• Ondas Bidimensionais:

  • Propagam-se em duas direções.

  • Exemplo: ondas na superfície da água.

• Ondas Tridimensionais:

  • Propagam-se em todas as direções possíveis a partir de uma fonte.

  • Exemplo: ondas sonoras, ondas de luz.

4. Outras Classificações

• Ondas Periódicas:

  • Apresentam um padrão repetitivo e regular, como ondas harmônicas.

  • Exemplo: ondas de rádio, luz visível.

• Ondas Não Periódicas:

  • Não possuem repetição regular, sendo geralmente pulsos isolados.

  • Exemplo: um único pulso de luz emitido por um laser.

Exemplos de Ondas em Diferentes Contextos:

• Som: O som é uma onda mecânica longitudinal. As ondas sonoras consistem em compressões e rarefações do ar ou de outro meio.

• Luz: A luz é uma onda eletromagnética transversal. Propaga-se tanto no vácuo quanto em meios materiais, como água e vidro.

• Ondas do Mar: São exemplos de ondas mecânicas que podem ter características tanto transversais (na superfície) quanto longitudinais (em profundidade).