Ondulatória: o que é, propriedades e exemplos

Ondas são perturbações que transportam energia de forma periódica, as ondas têm um comportamento oscilatório que se repetem em intervalos de tempos iguais. Ondulatória é a área da física que estuda os comportamentos, fenômenos e propriedades ondulatórias.

Principais características das ondas

O intervalo de tempo entre duas oscilações é chamado de período (T). 

A quantidade de oscilações em razão do tempo chamamos de frequência (f).

O período e a frequência são inversamente proporcionais:

A amplitude é a distância entre a situação de equilíbrio e o ponto mais alto ou mais baixo da onda.

Cista é o ponto mais alto da onda.

Vale é o ponto mais baixo da onda.

O comprimento de onda (λ) é definido pela menor distância entre duas oscilações idênticas, o que nos permite  identificar pela distância entre duas cristas ou a distância entre dois vales ou a menor distância entre dois pontos de mesma fase de oscilação.

Lembrando que velocidade é a razão entre as grandezas distância e tempo, vamos substituir por características ondulatórias.

Classificação das ondas quanto a sua natureza

Existem dois tipos de ondas em relação a sua natureza: as ondas mecânicas ou eletromagnéticas.

Ondas mecânicas

São as ondas que necessitam de um meio material (sólido, líquido ou gasoso) para se propagar, ou seja na ausência de meio material a onda não existe.

São exemplos de ondas mecânicas:

Onda	Meio material
Som	Ar, água, ferro.
Ondas do mar	Água
Corda do violão	Corda

Ondas eletromagnéticas

São exemplos de ondas eletromagnéticas:

Luz;

Ondas de rádio;

Raio-X;

Micro-ondas.

Classificação das ondas quanto à direção de vibração

Existem dois tipos de ondas: as ondas longitudinais e as ondas transversais.

Ondas longitudinais

São ondas que a direção de vibração é igual a direção de propagação da onda.

O som é o principal exemplo de onda longitudinal, o som se propaga com a compressão e rarefação do ar na mesma direção da propagação do som. 

Ondas transversais

São ondas cuja direção de vibração é perpendicular à direção de propagação da onda.

Ondas na superfície da água, ondas em cordas e a luz são exemplos de ondas transversais.

Classificação das ondas em relação à direção de propagação 

A propagação das ondas ocorre de três formas:

Unidimensional é uma onda que de dimensão linear, por exemplo, uma onda que se propaga em uma corda.

Bidimensional é uma onda que de dimensão superficial, ou seja, se propaga em forma de área, por exemplo, a onda na superfície da água é uma onda que se propaga em 2 dimensões.

Tridimensional é uma onda que de dimensão volumétrica, ou seja, se propaga no eixo x, y e z ao mesmo tempo, por exemplo a onda sonora.

Tipos de meios de propagação

Meios lineares

São aqueles que permitem de forma simples ocorrer o fenômeno de interferência onde somamos as diferentes amplitudes de ondas. Por exemplo, uma onda em uma corda tensa.

Meios limitados

São aqueles que têm sua extensão e profundidades finitas. Um tanque ou mesmo uma praia têm profundidade finita  e são meios limitados . A corda também é embora linear. Meios limitados podem gerar ondas estacionárias ou podem fazer a velocidade da onda variar de um ponto a outro.

Meios uniformes ou homogêneos

São aqueles que têm características iguais em cada ponto, como por exemplo a água tem a mesma densidade em qualquer porção dela medida.

Meios isotrópicos

São aqueles que têm propriedades iguais em qualquer direção, ou seja, tem a mesma velocidade em qualquer direção. Por exemplo, a água é um meio homogêneo e isotrópico e o ar é um meio isotrópico, mas não homogêneo porque a densidade do ar não é constante.

Fenômenos Ondulatórios

Há 4 fenômenos que podem ocorrer com uma onda durante sua propagação. São eles: reflexão, difração, interferência e a refração. 

Reflexão

A reflexão ocorre quando a onda atinge a superfície de separação entre dois meios e volta ao meio de origem.

1.ª Lei “O raio incidente a normal e o raio refletido são coplanares

2.ª Lei “O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão. (i = r).

Reflexão em cordas

• Quando um pulso que se propaga em uma corda atinge uma extremidade fixa, ele se reflete com inversão de fase. (fig.a)

• Quando um pulso que se propaga em uma corda atinge uma extremidade livre, ele se reflete sem inversão de fase. (fig.b)

Difração

A difração é o encurvamento dos raios de onda na presença de um obstáculo.

A difração do som permite que uma pessoa possa ouvir outra do outro lado de um muro, ou alguém em outro cômodo, por exemplo.

Interferência

A interferência ocorre quando duas ondas, de mesma natureza, propagando-se em um mesmo meio, encontram-se em um determinado instante, produzindo a interferência. Durante o encontro, de acordo com o Princípio da Superposição das Ondas, cada ponto do meio tem uma amplitude resultante igual à soma algébrica das amplitudes das ondas componentes. Após o encontro, de acordo com o Princípio da Independência das Ondas, cada onda continua a se propagar como se nada tivesse ocorrido.

Construtiva

Ocorre quando as ondas que se encontram estão em fase, então:

Destrutiva:

Ocorre quando as ondas que se encontram estão em oposição de fase:

Quando duas ondas bidimensionais se encontram, formam-se diversos pontos de interferência, construtiva ou destrutiva, conforme a localização em relação às fontes.

Podemos ter então duas situações expressas pela fórmula:

Fontes em fase:

CONSTRUTIVA – “n” par

DESTRUTIVA – “n” ímpar

Fontes em oposição de fase:

CONSTRUTIVA – “n” ímpar

DESTRUTIVA – “n” par

Refração

Chama-se refração de uma onda, a passagem dessa onda, de um meio para outro e de características diferentes.

Propriedades da refração:

• A frequência e a fase não variam;

• A velocidade e o comprimento de onda são diretamente proporcionais;

• Sempre que houver refração também haverá reflexão.

Ondas e propriedades ondulatórias no Enem

Ondulatória é um dos assuntos com maior incidência em todas as aplicações do ENEM, podendo ser avaliada pela habilidade 1 - Reconhecer características ou propriedades de fenômenos ondulatórios ou oscilatórios, relacionando-os a seus usos em diferentes contextos ou também pela habilidade 17 - Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. 

Abaixo temos o exemplo de uma questão utilizada na aplicação de 2021: O eletrocardiograma é um exame cardíaco que mede a intensidade dos sinais elétricos advindos do coração. A imagem apresenta o resultado típico obtido em um paciente saudável e a intensidade do sinal (VEC ) em função do tempo.

Comentário:

GABARITO: alternativa B.