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Antes de compreender os aspectos matemáticos e as possíveis aplicações dos fenômenos ondulatórios estudados pela física contemporânea é necessário compreender as bases desse ramo da física. Sendo assim, iniciamos por uma definição do termo onda e, em seguida, discorremos sobre suas classificações, características e propriedades.
O termo onda é muito conhecido. Praticamente todo mundo já o utilizou em alguma ocasião. No entanto, transformar esse conhecimento num conhecimento sistemático e quantificável não é nada trivial. Vamos começar por uma definição simples:
"Ondas são oscilações que se deslocam em um meio, propagando energia, mas que não carregam matéria".
Representação matemática de uma onda transversal
Parece confuso, não é?
O que queremos dizer é que, ao tratar de uma onda, não estamos nos referindo a uma quantidade de matéria que tem um deslocamento líquido, mas sim uma quantidade de energia que se propaga.
Observe a animação abaixo. As partículas marcadas em cor vemelha, se movem para frente e para trás, mas na média não saem da sua posição de equilíbrio (posição inicial). Já a energia se propaga da esquerda para a direita.
Um outro exemplo, é a ola no estádio de futebol. As pessoas levantam e sentam (não saem do lugar) mas a deformação se propaga no espaço ao longo do tempo.
Após ter entendido o significado físico do termo onda passamos, então, para suas classificações. Há uma série de classificações para as ondas. Iremos primeiramente classificá-las quanto a sua natureza e em seguida quanto à direção e dimensões de vibração.
Classificação das ondas quanto à natureza da onda:
São as ondas que necessitam de um meio material para se propagar. Não se propagam no vácuo.
Ex: Som, onda na corda, no mar, etc.
São as ondas que necessitam de um meio material para se propagar. Propagam-se no vácuo e, também, em alguns meios materiais. Ex: Luz, ondas de rádio, microondas, etc.
As ondas de matéria expressão uma relação na mecânica quântica onde partícula se comporta como onda e vice-versa". Já sei... deve estar achando estranha essa ideia! Na seção 2.7 a deixaremos mais clara.
Classificação das ondas quanto à direção de vibração do meio:
- Ondas transversais:
Nas ondas transversais o movimento do meio está perpendicular à direção de propagação da onda. Na animação abaixo, vemos que: o meio se movimenta para cima e para baixo (vertical) e a onda se propaga para a direita (horizontal).
-Ondas longitudinais:
Nas ondas longitudinais o movimento do meio está na mesma direção de propagação da onda. Na animação abaixo, vemos que: o meio se movimenta para a direita e para a esquerda (horizontal) e a onda se propaga para a direita (horizontal).
- Ondas mistas (em líquidos):
Na onda mista temos o meio vibrando tanto perpendicular quanto horizontalmente em relação à direção de propagação da onda como pode ser observado a partir do movimento do ponto amarelo na ilustração acima.
Classificação das ondas quanto à dimensões de propagação:
E, por fim, podemos classificá-las em também quanto à direção de propagação. Há, também, três tipos:
-Onda unidimensional:
Quando se propaga em apenas uma direção do meio, por exemplo, a propagação de uma onda em uma corda.
- Onda bidimensional:
Ela é classificada como bidimensional quando se propaga em duas direções como, por exemplo, ao longo de uma superfície como a água.
- Onda tridimensional:
E por último quando a onda se propaga no espaço ela é classificada como tridimensional, ou seja, em três direções como, por exemplo, as ondas que são produzidas pelas fontes sonoras e luminosas.
Obs. As ondas bidimensionais e as ondas tridimensionais também se classificam de acordo com as frentes de ondas, podendo ser classificadas como planas ou esféricas.
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Curiosidade
Uma onda não transporta matéria. Como então, o surfista consegue "andar" na onda?
Já vimos que quando a onda muda de meio (da parte funda para a rasa) ela sofre há uma mudança de velocidade. Como o período das ondas praticamente não muda, se a velocidade diminui, o comprimento de onda deve obrigatoriamente diminuir (de acordo com a equação v = λ f). Lembre-se também que a energia da onda se conserva, ou seja, não muda durante o percurso da onda. Assim, uma onda só pode ter o mesmo período, a mesma energia, e um menor comprimento se sua amplitude aumentar! E este aumento se inicia quando a altura em relação à superfície se torna igual à metade do seu comprimento de onda.
Quando a onda atinge uma altura de aproximadamente 1/8 do seu comprimento de onda ela irá "quebrar". Aliás, você já reparou que: o surfista só consegue surfar quando a onda está quebrando? E que ele surfa sempre fugindo, transversalmente, da onda que está quebrando?
Ou seja, o surfista só consegue surfar por duas razões:
A onda não é mais uma "onda". No momento em que ela quebra, não se caracteriza mais como uma onda, pois neste momento começa o transporte de matéria!
Ele surfa transversalmente à onda, ou seja, ele utiliza-se da energia das partículas de água que estão em movimento circular, conseguindo assim, deslocar-se para frente junto com a onda!
Referências da página
Figuras - http://www.upscale.utoronto.ca/PVB/Harrison/Spectra/travelwave.gif
http://disciplinas.stoa.usp.br/mod/folder/view.php?id=40739
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1f/Wave_equation_1D_fixed_endpoints.gif/250px-Wave_equation_1D_fixed_endpoints.gif
http://38.media.tumblr.com/tumblr_m8kezartMu1qf3sji.gif
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