Ondas
As ondas estão sempre presentes em nossas vidas. Existem ondas que podemos ouvir ou ver, mas também existem aquelas que não são visíveis e nem audíveis. Ao assistir um pograma na TV, ouve-se o som por causa da propagação da onda sonora e vê-se a imagem na tela por causa da propagação da onda luminosa. O sinal que traz o som e a imagem até o seu aparelho é tambem uma onda conhecida como eletromagnética.
Na corda ou na superficei da agua, a onda (ou pertubação) propaga-se de maneira contínua, ponto por ponto. Cada ponto adquire, momentaneamente, energias cinética e potencial, movimentando-se para cima e para baixo, voltando á sua posição de equilibrio após a passagem da onda.
Onda é toda perturbação que se propaga em um meio. Na propagação apenas a energia é transportada, não havendo transporte de matéria.
Natureza das ondas
Existem dois tipos ou de natureza mecânica ou eletromagnética.
· Ondas mecânicas: resultam de deformações provocadas em meios materiais elásticos, transportando apenas energia mecânica. Por isso, essas ondas não se propagam no vácuo, mas apenas na matéria.
· Ondas eletromagnéticas: resultam e vibrações de cargas elétricas, transportando energia em pacotes que chamamos de fótons ou quanta de energia. Sendo apenas energia, as ondas eletromagnéticas propagam-se no vácuo e em alguns meios materiais.
Tipos e classificações das ondas
As ondas podem ser de tipos transversal ou longitudinal, dependendo da direção do movimento vibratório das partículas relativamente á sua direção de propagação.
· Ondas transversais: aquelas em que a direção do movimento vibratório é perpendicular á de propagação. Exemplo: ondas propagando-se em uma corda.
· Ondas longitudinais: aquelas que a direção do movimento vibratório coincide com a de propagação.
· Ondas unidimensionais: a energia propaga-se lenearmente, como na corda, que é um meio inidimensional;
· Ondas bidimensionais: a energia propaga-se superficialmente como na superficie da água, que é um meio bidimensional.
· Ondas tridimensionais: a energia propaga-se no espaço, que é um meio tridimensional, como as ondas sonoras e as ondas luminosas (eletromagnéticas).
Velocidade e comprimento de onda
Podemos definir comprimento de onda como: a distancia entre dois pontos em concordância de fase na direção e propagação.
· Comprimento de onda: corresponde a menor distância entre dois pontos da onda em concordância de fase, na direção de propagação.
Função de onda
É uma expressão que fornece a configuração de onda dada num instante T dado. Uma função de onda, da perturbação que se propaga em um meio, tem duas variáveis . Nesses estudos as variáveis são: X (posição) e .T (tempo).
Fenômenos ondulatórios
Os fenômenos ondulatórios mais comuns são:
Reflexão - Quando uma onda que se propaga num dado meio encontra uma superfície que separa esse meio de outro, essa onda pode, parcial ou totalmente, retornar para o meio em que estava se propagando.
Refração de ondas - É o fenômeno segundo o qual uma onda muda seu meio de propagação.
Interferência - Num ponto pode ocorrer superposição de duas ou mais ondas, o efeito resultante é a soma dos efeitos que cada onda produziria sozinha nesse ponto.
Difração - As ondas não se propagam obrigatoriamente em linha reta a partir de uma fonte emissora. Elas apresentam a capacidade de contornar obstáculos, desde que estes tenham dimensões comparáveis ao comprimento de onda.
Ondas Unidimensionais
São aquelas que se propagam em apenas uma direção. Exemplo: onda em uma corda.
Fórmula de Taylor ou Polinômio de Taylor é uma expressão que permite o cálculo do valor de uma função por aproximação local através de uma função polinomial. Supondo f uma função derivável num intervalo contendo um ponto x0 temos:
T (x)= f (x0) +f’ (x0) . (x-x0)
Onda Estacionária
Considere uma corda no qual uma extremidade se encontra fixa num suporte e a outra ligada numa fonte de ondas.
Se a fonte produzir ondas com freqüência constante, elas sofrerão reflexão na extremidade fixa e, então ocorrerá uma interferência da onda incidente com a refletida.
A onda formada terá a forma ora da linha contínua, ora da linha tracejada, formando assim a
Definimos então ondas estacionárias como sendo aquela obtida pela interferência de duas ondas iguais que se propagam no mesmo meio e em sentidos contrários.
Entende-se por ondas iguais aquelas que possuem mesma freqüência, mesma amplitude, mesmo comprimento de onda, mesma velocidade.
Ondas: Alterações em Águas Rasas
As ondas não transportam matéria.Quando as ondas chegam próximas à costa, elas começam a sofrer mudanças em sua geometria. A onda se modifica a partir do momento em que começa a sentir o fundo.
Ocorre quando :
A profundidade = a metade do comprimento da onda.
A parte de que fica abaixo da onda passa a sofrer atrito com o fundo, fazendo a parte de cima deslocar mais rápido, ela vai empinado até que finalmente se arrebenta dissipando energia.
É somente nesse momento, que a onda se quebra, que ela transporta matéria. Por este motivo que os surfistas só conseguem surfar quando a onda começa a se quebrar.
Quando uma onda se aproxima da costa em uma direção que faz um determinado ângulo com a costa, as partes mais próximas da costa sentem o fundo mais cedo e, nessas partes, a velocidade de propagação das ondas diminui.
Nas baías ou enseadas, a refração faz com que as ondas divirjam e a energia aí despendida seja mínima, tornando as águas mais calmas nestes locais. É devido a isso que em frente aos costões rochosos o mar é sempre perigoso.
Ondas tridimensionais
Onda eletromagnética
A seguir serão estudados alguns fenômenos decorrentes da natureza ondulatória da luz, que é uma onda eletromagnética.
A luz se propaga no vácuo com velocidade c=3.10elevado à 8 m/s.
A equação Fundamental das Ondas, para a luz é:
C = Y . f ( Y de cabeça pra baixo)
F = frequência da radiação eletromagnética
Y = comprimento da onda.
Ondas Tridimensionais
Reflexão e Refração
Reflexão: é uma onda tridimensional, quando um raio vindo de um meio encontra uma superfície de separação com outro meio mais refringente.
Refração: ocorre sem inversão de fase. Na reflexão interna, não há inversão de fase , pois o raio luminoso vindo de um meio defronta – se com uma superfície de separação de outro meio menos refringente.
Difração
A luz contorna obstáculos , mas sua observação é mais difícil, pois, para ocorrer esse fenômeno, o obstáculo ou a abertura deve ter dimensão da ordem da grandeza do comprimento de onda da luz.
Polarização
A luz pode ser uma onda transversal, que pode ser polarizada. Um polarizador de luz é um dispositivo transparente apenas em uma direção de vibração das ondas.
Interferência
A interferência é o fenômeno que superpomos ondas numa mesma região do espaço.
Como resultado desta superposição de campos, ocorrem variações espaciais na intensidade resultante. Estas variações de intensidade são chamadas de franjas de interferência. Embora a interferência seja um fenômeno inerente ao caráter ondulatório da luz, no dia a dia não é muito comum a observação de interferência. Por exemplo quando iluminamos uma sala
com diversas lâmpadas não observamos franjas de interferência. Isto acontece porque as fontes de iluminação que utilizamos rotineiramente são incoerentes.
Interferência Luminosa
O fenômeno das cores observáveis devido a interferência luminosa é chamado iridescência.
Um exemplo :
É o colorido das bolhas de sabão ou de uma mancha de óleo chão molhado.
Ondas bidimensionais
Frente de onda- Princípios de Huygens
Quando se trabalha com ondas em superfícies livre a sua perturbações se propagam, afastando-se da fonte perturbadora, com velocidade x. Temos os ponto da frente da onda.
A frente de onda separa, em determinados instante, a região perturbada da não perturbada.
Para um considerado instante, cada ponto da frente de onda comporta-se como fonte das ondas elementares de Huygens.
A partir deste princípio, é possível concluir que, em um meio homogêneo e com as mesmas características físicas em toda sua extensão, a frente de onda se desloca mantendo sua forma, desde que não haja obstáculos.
Referencia Bibliográfica
http://www.infopedia.pt/$funcao-de-onda
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