Ondas Periódicas

Características

Para entender ondas periódicas, importante tema de física para o Enem, acompanhe o o seguinte raciocínio: embora a propagação de pulsos seja uma manifestação ondulatória, é de grande interesse para nós pensarmos em um caso mais específico desse movimento: o caso em que uma fonte externa gera uma série de pulsos periódicos, ou seja, que recomeçam depois de um tempo constante, denominado PERÍODO. Esse conjunto de pulsos pode ser chamado de TREM DE ONDAS PERIÓDICAS.

 

Para abordarmos as características de uma onda periódica, usaremos como exemplo um caso em particular: uma onda harmônica, onde a fonte que gera as ondas realiza um movimento denominado MOVIMENTO HARMÔNICO SIMPLES, ou MHS. Neste caso, o perfil da onda assume a seguinte característica geométrica:

O perfil da onda, ou seja, a figura formada pela onda em um instante de tempo, é a curve de uma função seno ou cosseno. É importante ressaltar que isso é uma imagem congelada. Cada ponto da onda oscila ao longo do tempo, como mostram as animações acima.

O número de vezes que um dado ponto da onda oscila em um certo instante de tempo é chamado de FREQUÊNCIA (f) da onda. Sua unidade pode ser expressa por oscilações por minuto, oscilações por hora, mas, no caso do sistema internacional, utiliza-se oscilações por segunda, chamado de hertz:

[f]SI=[f]SI= Hz
O tempo necessário para que uma região da onda complete uma oscilação é denominada PERÍODO (T).

A relação entre período e frequência é a seguinte:

f=1Tf=1T

Ou seja, a frequência é o inverso do período. Logo, como período é uma medida de tempo:

[T]SI=s⇒fSI=1s=s−1=Hz[T]SI=s⇒fSI=1s=s−1=Hz

A distância máxima entre qualquer ponto da onda e a posição de equilíbrio dela é chamada de AMPLITUDE (A) da onda. Os pontos com altura máxima são chamados de CRISTAS e os pontos com altura mínima são chamados de VALES. A amplitude de uma onda está intimamente relacionada à energia que a onda propaga.

A distância entre dois pontos sucessivos da onda que estejam na mesma altura e realizando movimentos idênticos é denominada COMPRIMENTO DE ONDA (λ). Esses pontos são chamados de pontos em fase. As cristas, por exemplo, são pontos em fase entre si, assim como os vales. É importante observar que o comprimento de onda é a distância percorrida pela onda ao longo de um intervalo de tempo igual ao período.

Pontos que estejam em posições opostas e com movimentos opostos são chamados de pontos em OPOSIÇÃO DE FASE.

No caso de uma onda bidimensional, como no caso de ondas na superfície da água, a imagem, vista de cima, se assemelha a figura abaixo:

Onde as linhas cheias representam cristas e as linhas mais finas representam vales, ambos vistos de cima.

Velocidade de propagação

Vimos que o comprimento de onda equivale à distância percorrida pela onda durante um intervalo de tempo idêntico ao período. Utilizando nossos conhecimentos de cinemática, podemos relacionar a velocidade de propagação da onda com o comprimento de onda e com o período, utilizando a equação do movimento uniforme:

Δs=v⋅ΔtΔs=v⋅Δt

Neste caso: Δs=λ;t=TΔs=λ;t=T

Assim: λ=v⋅Tλ=v⋅T

Como a frequência pode ser calculada como o inverso do período, temos:
λ=v⋅1fλ=v⋅1f

Logo: v=λ⋅fv=λ⋅f, que é a equação fundamental para ondas periódicas: a velocidade de propagação da onda pode ser calculada como o produto do comprimento de onda pela frequência.

Vamos ressaltar dois pontos importantes:

1. Embora a estrutura da equação pareça indicar que a velocidade da onda depende dos valores do comprimento de onda e da frequência, não se engane! Lembre-se que a velocidade da onda depende do meio de propagação e a frequência depende da fonte que gera as ondas. Desta forma, é o comprimento de onda que depende dos outros dois;

2. A relação acima nos mostra que, para velocidades constantes, o comprimento de onda é inversamente proporcional à frequência, ou seja, quanto maior a frequência, menor é o comprimento de onda. Essa é a diferença básica entre as ondas eletromagnéticas. Embora se propagem no vácuo com o mesmo valor de velocidade, diferentes ondas geram efeitos distintos graças às diferenças de frequência. O conjunto de diferentes frequências para as ondas eletromagnéticas é chamado de ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO.

 

O espectro eletromagnético é o intervalo completo de todas as possíveis frequências da radiação eletromagnética. O espectro eletromagnético se estende desde as ondas de baixa frequência, ondas de rádio, até as de maior frequência como as da radiação gama.

 

   ( fonte: http://educacao.globo.com/fisica/assunto/ondas-e-luz/ondas-perodicas.html )