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Características de movimento ondulante, tipos de ondas, exemplos

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Características de movimento ondulante, tipos de ondas, exemplos

Ele movimento ondulatório Consiste na propagação de um distúrbio, chamado onda, em um meio material ou mesmo no vácuo, se for a luz ou qualquer outra radiação eletromagnética.

A energia viaja no movimento ondulatório, sem as partículas do meio se afastarem muito de suas posições, pois o distúrbio apenas os faz oscilar ou vibrar continuamente ao redor do equilíbrio.

Movimento da água no oceano

E essa vibração é a que é transmitida de uma partícula para outra no meio, no que é conhecido como um Onda mecânica. O som se espalha dessa maneira: uma fonte comprime e expande as moléculas de ar alternadamente, e a energia que viaja dessa maneira é responsável por vibrar o tímpano, uma sensação de que o cérebro interpreta como som.

No caso da luz, que não precisa de material, está a oscilação dos campos elétricos e magnéticos que são transmitidos.

Como vemos, dois dos fenômenos mais importantes para a vida: luz e som têm movimento ondulado, daí a importância de saber mais sobre seu comportamento.

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Características do movimento ondulatório

As ondas têm vários atributos característicos que podemos agrupar de acordo com sua natureza:

Características espaciais, que se referem à forma.
Características temporárias ou de duração.

Vejamos uma representação esquemática de uma onda simples como uma sucessão periódica de sulcos e vales. O desenho representa pouco mais de um ciclo ou o mesmo: uma oscilação completa.

Elementos de uma onda. Fonte: f. Zapata.

Características espaciais das ondas

Esses elementos são comuns a todas as ondas, incluindo luz e som.

Crista: A posição mais alta.
Vale: O mais baixo.
Nó: ponto em que a onda cruza a posição de equilíbrio. Na figura está a linha segmentada ou o eixo horizontal.
Comprimento de onda: denotado com a letra grega λ (lambda) é a distância entre duas cristas sucessivas, ou entre um ponto e uma que tem a mesma altura, mas do próximo ciclo.
Alongamento: É a distância vertical entre um ponto de onda e a posição de equilíbrio.
Amplitude: é o alongamento máximo.

Características temporárias de ondas

Período, Tempo que dura um ciclo completo.
Frequência: Número de ondas produzidas por unidade de tempo. É o inverso ou recíproco do período.
Velocidade: É definido como o quociente entre o comprimento de onda e o período. Se você é indicado como V, de maneira matemática é esse relacionamento:

V = λ /t

Tipos de ondas

Existem vários tipos de ondas, pois são classificadas de acordo com vários critérios, por exemplo, eles podem ser classificados de acordo com:

A direção que carrega o distúrbio.
O meio em que eles se espalham.
A direção em que as partículas médias oscilam.

Pode servir a você: erro relativo: fórmulas, como é calculado, exercícios

Uma onda pode ter vários tipos ao mesmo tempo, como veremos abaixo:

- Ondas de acordo com a oscilação do meio

As partículas que compõem o meio têm a capacidade de responder de várias maneiras à perturbação, dessa maneira elas surgem:

Ondas cruzadas

Em uma onda transversal, a perturbação se propaga perpendicularmente à direção em que as partículas oscilam. Fonte: Wikimedia Commons.

As partículas da faixa média na direção perpendicularmente para o quanto a perturbação. Por exemplo, se tivermos uma corda tensa horizontal que é perturbada em uma extremidade, as partículas variam de cima para baixo, enquanto a perturbação viaja horizontalmente.

Ondas eletromagnéticas também se movem dessa maneira, estejam em um ambiente material como se não.

Ondas longitudinais

A propagação viaja na mesma direção em que as partículas do meio o fazem. O exemplo mais conhecido é o som, no qual a perturbação do som se comprime e expande o ar à medida que se move através dele, fazendo.

- Ondas de acordo com o meio em que eles propagam

Ondas mecânicas

Ondas sísmicas são ondas mecânicas

Eles sempre precisam de um meio de material para se espalhar, que pode ser sólido, líquido ou gás. O som também é um exemplo de onda mecânica, bem como as ondas que ocorrem nas cordas tensas dos instrumentos musicais e aqueles que se espalham por todo o mundo: ondas sísmicas.

Ondas eletromagnéticas

Ondas eletromagnéticas podem se espalhar no vácuo. Não há partículas na oscilação, mas campos elétricos e magnéticos mutuamente perpendiculares e ao mesmo tempo perpendicularmente com a direção de propagação.

O espectro de frequência eletromagnética é muito amplo, mas mal percebemos com nossos sentidos uma faixa estreita de comprimentos de onda: o espectro visível.

- Ondas de acordo com a direção da propagação

De acordo com o endereço de propagação, as ondas podem ser:

Unidimensional
Dimensional
Tridimensional

Se tivermos uma corda tensa, o distúrbio viaja por toda parte, isto é, em uma dimensão. Também ocorre quando uma mola ou mola flexível é como um distúrbio como Slinky.

Mas há ondas que se movem em uma superfície, como a superfície da água quando uma pedra é jogada em uma lagoa ou aquelas que se espalham na crosta terrestre, neste caso, se fala em ondas biloriais.

Finalmente, há ondas viajando continuamente em todas as direções do espaço, como som e luz.

- Ondas de acordo com sua extensão

Ondas podem se espalhar ao longo de grandes extensões, como ondas leves, som e ondas sísmicas. Em vez disso, outros estão limitados a uma região menor. É por isso que eles também são classificados como:

Pode atendê -lo: quais são as propriedades térmicas e o que são? (Com exemplos)

-Ondas de viagem

-Ondas em pé.

Ondas de viagem

Quando uma onda se espalha de sua fonte e não volta a ela, você tem uma onda de viagem. Graças a eles, ouvimos. Faz isso em velocidade constante de 300.000 km/s.

Ondas em pé

Ao contrário das ondas de viagem, as ondas estacionárias se movem em uma região limitada, por exemplo, o distúrbio na corda de um instrumento musical como uma guitarra.

Ondas harmônicas

Ondas harmônicas são caracterizadas por serem cíclicas ou periódicas. Isso significa que o distúrbio é repetido em cada certo intervalo de tempo constante, chamado período da onda.

Ondas harmônicas podem ser modelos matematicamente com a ajuda das funções seno e cosseno.

Ondas não periódicas

Se o distúrbio não for repetido a cada certo intervalo de tempo, a onda não é harmoniosa e sua modelagem matemática é muito mais complexa do que a das ondas harmônicas.

Exemplos de movimento ondulatório

A natureza nos apresenta exemplos de movimento ondulatório o tempo todo, às vezes isso é evidente, mas às vezes não, como no caso da luz: como sabemos que ela se move como uma onda?

A natureza onduladora da luz foi discutida por séculos. Assim, Newton estava convencido de que a luz era um fluxo de partículas, enquanto Thomas Young, no início do século XIX, mostrou que ele se comportou como uma onda.

Finalmente, cem anos depois, Einstein disse, para a tranquilidade de todos, que a luz era dupla: onda e partícula ao mesmo tempo, dependendo de sua propagação ser estudada ou da maneira como interage com o assunto.

A propósito, o mesmo vale para elétrons no átomo, eles também são entidades duplas. São partículas, mas também experimentam fenômenos exclusivos de ondas, como difração, por exemplo.

Vamos agora ver alguns exemplos diários de movimento óbvio de ondas:

A doca

Uma primavera suave, primavera ou Slinky Consiste em uma mola helicoidal com a qual as ondas longitudinais e transversais podem ser visualizadas, dependendo da maneira como uma de suas extremidades é perturbada.

As cordas dos instrumentos musicais

Ao clicar em um instrumento como um violão ou uma harpa, as ondas estacionárias vão e vêm entre as extremidades da corda. O som da corda depende de sua espessura e tensão à qual é submetida.

Quanto mais tenso a corda for, mais facilmente é espalhada para isso, da mesma maneira quando a corda é mais fina. Pode -se mostrar que o quadrado da velocidade da onda v² É dado por:

Pode atendê -lo: energia interna

v² = T / μ

Onde t é a tensão na corda e μ é a densidade linear da mesma, ou seja, sua massa por unidade de comprimento.

A voz

Temos as cordas vocais, com as quais os sons são emitidos para comunicação. Sua vibração é percebida colocando os dedos na garganta ao falar.

As ondas do mar

Eles se espalharam em corpos oceânicos na fronteira entre água e ar e se originam dos ventos, o que causa o domínio de pequenas porções de líquido.

Essas flutuações são amplificadas pela ação de várias forças, além do vento: atrito, tensão superficial no líquido e a força sempre presente da gravidade.

Ondas sísmicas

A Terra não é um corpo estático, pois há distúrbios que viajam pelas diferentes camadas. Eles são percebidos como tremores e ocasionalmente, quando transportam muita energia, como terremotos capazes de causar muitos danos.

A estrutura do átomo

As teorias atômicas modernas explicam a estrutura do átomo através de uma analogia com ondas estacionárias.

Exercícios resolvidos

Exercício 1

Uma onda sonora tem comprimento de onda igual a 2 cm e se espalha a uma taxa de 40 cm em 10 s.

Calcular:

a) Sua velocidade

a) o período

b) Frequência

Solução para

Podemos calcular a velocidade da onda com os dados fornecidos, pois eles se espalham a uma taxa de 40 cm em 10 s, portanto:

V = 40 cm / 10 s = 4 cm / s

Solução b

Anteriormente, a relação entre velocidade, comprimento de onda e período como:

V = λ /t

Portanto, o período é:

T = λ / v = 2 cm / 4 cm / s = 0.5 s.

Solução c

Como a frequência é o inverso do período:

F = 1 / t = 1/0.5 s = 2 s^-1

O inverso do segundo ou S^-1Ele é chamado Hertz ou Hertzio e Hz abreviado. O físico alemão Heinrich Hertz (1857-1894) foi dado em homenagem, que descobriu a maneira de produzir ondas eletromagnéticas.

Exercício 2

Uma corda está tensa sob a ação de uma força de 125 n. Se sua densidade linear μ for 0.0250 kg/m, qual será a velocidade de propagação de uma onda?

Solução

Anteriormente, vimos que a velocidade depende da tensão e da densidade linear da corda, como: