FÍSICA - Ondas

Classificação das ondas

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Uma onda é um movimento causado por uma perturbação, e esta se propaga através de um meio.

Um exemplo de onda é tido quando joga-se uma pedra em um lago de águas calmas, onde o impacto causará uma perturbação na água, fazendo com que ondas circulares se propagem pela superfície da água.

Também existem ondas que não podemos observar a olho nu, como, por exemplo, ondas de rádio, ondas de televisão, ondas ultra-violeta e microondas.

Além destas, existem alguns tipos de ondas que conhecemos bem, mas que não identificamos normalmente, como a luz e o som.

Mas o que elas têm em comum é que todas são energias propagadas através de um meio, e este meio não acompanha a propagação.

Conforme sua natureza as ondas são classificadas em:

• Ondas Mecânicas: são ondas que necessitam de um meio material para se propagar, ou seja, sua propagação envolve o transporte de energia cinética e potencial e depende da elasticidade do meio. Por isto não é capaz de propagar-se no vácuo. Alguns exemplos são os que acontecem em molas e cordas, sons e em superfícies de líquidos.
• Ondas Eletromagnéticas: são ondas geradas por cargas elétricas oscilantes e sua propagação não depende do meio em que se encontram, podendo propagar-se no vácuo e em determinados meios materiais. Alguns exemplos são as ondas de rádio, de radar, os raios x e as microondas.

Todas as ondas eletromagnéticas tem em comum a sua velocidade de propagação no vácuo, próxima a 300000km/s, que é equivalente a 1080000000km/h.

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Quanto a direção de propagação as ondas são classificadas como:

• Unidimensionais: que se propagam em apenas uma direção, como as ondas em cordas e molas esticadas;
• Bidimensionais: são aquelas que se propagam por uma superfície, como as água em um lago quando se joga uma pedra;
• Tridimensionais: são capazes de se propagar em todas as dimensões, como a luz e o som.

Quanto à direção da vibração as ondas podem ser classificadas como:

• Transversais: são as que são causadas por vibrações perpendiculares à propagação da onda, como, por exemplo, em uma corda:
• Longitudinais: são ondas causadas por vibrações com mesma direção da propagação, como as ondas sonoras.

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Características das ondas

Todas as ondas possuem algumas grandezas físicas, que são:

• Frequência: é o número de oscilações da onda, por um certo período de tempo. A unidade de frequência do Sistema Internacional (SI), é o hertz (Hz), que equivale a 1 segundo, e é representada pela letra f. Então, quando dizemos que uma onda vibra a 60Hz, significa que ela oscila 60 vezes por segundo. A frequência de uma onda só muda quando houver alterações na fonte.
• Período: é o tempo necessário para a fonte produzir uma onda completa. No SI, é representado pela letra T, e é medido em segundos.

É possível criar uma equação relacionando a frequência e o período de uma onda:

f = 1/T

ou

T = 1/f

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/68/Som_freq.png

• Comprimento de onda: é o tamanho de uma onda, que pode ser medida em três pontos diferentes: de crista a crista, do início ao final de um período ou de vale a vale. Crista é a parte alta da onda, vale, a parte baixa. É representada no SI pela letra grega lambda (λ).
• Velocidade: todas as ondas possuem uma velocidade, que sempre é determinada pela distância percorrida, sobre o tempo gasto. Nas ondas, essa equação fica:

v = λ / T ou v = λ . 1/T ou ainda v = λ . f

• Amplitude: é a "altura" da onda, é a distância entre o eixo da onda até a crista. Quanto maior for a amplitude, maior será a quantidade de energia transportada.

A unidade internacionalmente utilizada para a freqüência é Hertz (Hz) sendo que 1Hz equivale à passagem de uma crista ou de um vale em 1 segundo.

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Variação do período da onda.
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Fonte:

http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Ondas/superposicao2.php

https://www.infoescola.com/fisica/ondulatoria-ondas/

Recapitulando

A área da Física que estuda o som é chamada de Acústica. Para entende-la melhor precisamos relembrar alguns conceitos:

Onda: é a variação periódica de uma grandeza física. Uma onda é composta por:

Crista: Pontos de maior intensidade, o topo da onda.

Vale: Pontos de menor intensidade da onda.

Nível Médio: Pontos entre o as Cristas e os Vales.

A distância entre a crista ou o vale e o nível médio é chamada amplitude (y). Já a distância entre duas cristas consecutivas ou dois vales consecutivos é chamada de comprimento de onda (λ).

Onde:

λ – Comprimento

y - Amplitude

O tempo que uma oscilação leva para se repetir é chamado período (T), medido em segundos(s). A frequência (f) significa quantas vezes uma oscilação se repete por unidade de tempo, medida em Hertz (Hz). Dessa forma:

f = 1/t

O Som é uma onda mecânica que possui a intensidade e frequência necessárias para ser percebida pelo ser humano. Entendemos como onda mecânica uma onda que precisa de meios materiais, como o ar ou o solo, para se propagar. As frequências audíveis pelo ouvido humano ficam entre 16 Hz e 20000Hz (20kHz). Dentro desta faixa a encontram-se a voz humana, instrumentos, musicais, alto-falantes, etc.

Abaixo de 16Hz temos os infra-sons, produzidos por vibrações da água em grandes reservatórios, batidas do coração, etc.

Acima de 20kHz estão os ultra-sons emitidos por alguns animais e insetos (morcegos, grilos, gafanhotos...), sonares, aparelhos médicos e industriais.

Os dispositivos que produzem ondas sonoras são chamados de fontes sonoras. Entre os que mais se destacam estão aqueles compostos por:

Cordas vibrantes como violão o piano, as cordas vocais etc.

Tubos sonoros como órgão flauta, clarineta.

Membranas e placas vibrantes tal como o tambor

Hastes vibrantes como o diapasão, triangulo, etc.

Podemos caracterizar os sons a partir de sua intensidade, altura ou timbre.

A intensidade está ligada à quantidade de energia transportada pelo som. Desta forma, conforme a intensidade do som dizemos que ele é mais forte (a onda possui maior amplitude) ou mais fraca (a onda possui menor amplitude).

A altura está relacionada com a freqüência do som. Assim distinguimos os sons mais altos como os de maior frequência (mais agudos) e os mais baixos como os de menor frequência (mais graves). As notas musicais buscam agrupar diferentes freqüências sonoras produzidas por um instrumento.

O timbre corresponde ao conjunto de ondas sonoras que formam um som. O timbre permite diferenciar diferentes fontes sonoras, por exemplo é fácil perceber que o som de uma guitarra e de uma flauta são completamente diferentes.

A velocidade do som no ar é de 340 m/s. A fórmula que relaciona velocidade, amplitude e frequência sonora é:

V = λ . f

Fontes:

http://www.sbfisica.org.br/fne/Vol4/Num1/a10.pdf

http://www.algosobre.com.br/fisica/acustica.html