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Ondas: o que são, tipos, ondas eletromagnéticas e fórmulas

Física - Manual do Enem
Miguel Bertelli Publicado por Miguel Bertelli
 -  Última atualização: 15/3/2024

Índice

Introdução

Ondas são perturbações oscilantes que se propagam através de um meio, podendo ser líquido, sólido ou gasoso, e que não transportam massa, apenas energia. Algumas ondas conseguem até mesmo se propagar no vácuo, como a radiação eletromagnética. Na Física, o estudo das ondas é chamado de ondulatória.

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Tipo de ondas

Existem diversos tipos de ondas na Física, cada um com características e propriedades específicas:

  • Ondas mecânicas: são ondas que se propagam por meio de um meio material, como a água, o ar ou um sólido. Exemplos incluem as ondas sonoras e as ondas em uma corda vibrante.

  • Ondas eletromagnéticas: são ondas que não requerem um meio material para se propagar e consistem em oscilações de campos elétricos e magnéticos. Exemplos incluem as ondas de rádio, as micro-ondas, a luz e os raios X.

Ondas Eletromagnéticas

  • Ondas de matéria: são ondas que se propagam por meio de partículas, como elétrons ou átomos. Exemplos incluem as ondas de De Broglie e as ondas de matéria em uma rede cristalina.

  • Ondas transversais: são ondas em que a perturbação se move perpendicularmente à direção de propagação da onda, como as ondas em uma corda.

  • Ondas longitudinais: são ondas em que a perturbação se move paralelamente à direção de propagação da onda, como as ondas sonoras em um meio material.

  • Ondas estacionárias: são ondas em que a perturbação parece estar parada em um ponto, como as ondas em uma corda fixa nas extremidades.

Características das ondas

As ondas possuem diversas características que são importantes para entender seu comportamento e propriedades:

  • Amplitude: é a magnitude da perturbação em relação à posição de equilíbrio. Em outras palavras, é a altura da crista ou profundidade do vale de uma onda.

  • Comprimento de onda: é a distância entre duas cristas ou duas vales consecutivos de uma onda.

  • Frequência: é o número de ciclos de uma onda que ocorrem em um segundo e é medida em Hertz (Hz).

  • Velocidade de propagação: é a velocidade com que uma onda se propaga em um meio, que pode depender do meio em que a onda está se propagando.

  • Direção de propagação: é a direção na qual a energia da onda está se deslocando.

  • Polarização: algumas ondas, como as ondas eletromagnéticas, podem ter sua vibração restrita a uma única direção, que é chamada de polarização.

  • Refração: é a mudança de direção que uma onda sofre quando passa de um meio para outro com diferente índice de refração.

  • Interferência: é a superposição de duas ou mais ondas, que podem se somar ou se anular, dependendo da fase em que estão.

Essas características das ondas são importantes para entender o comportamento das ondas e sua interação com o meio em que estão se propagando.

Tipos de ondas

Existem diversos tipos de ondas na Física, cada um com características e propriedades específicas:

  1. Ondas mecânicas: são ondas que se propagam por meio de um meio material, como a água, o ar ou um sólido. A principal característica dessas ondas é que a perturbação se move na mesma direção da propagação da onda. Exemplos incluem as ondas sonoras e as ondas em uma corda vibrante.

  2. Ondas eletromagnéticas: são ondas que não requerem um meio material para se propagar e consistem em oscilações de campos elétricos e magnéticos. A principal característica dessas ondas é que a perturbação oscila perpendicularmente à direção de propagação da onda. Exemplos incluem as ondas de rádio, as micro-ondas, a luz e os raios X.

  3. Ondas de matéria: são ondas que se propagam por meio de partículas, como elétrons ou átomos. A principal característica dessas ondas é que a perturbação é associada a uma propriedade física da partícula, como sua posição ou momento. Exemplos incluem as ondas de De Broglie e as ondas de matéria em uma rede cristalina.

  4. Ondas transversais: são ondas em que a perturbação se move perpendicularmente à direção de propagação da onda. Exemplos incluem as ondas em uma corda.

  5. Ondas longitudinais: são ondas em que a perturbação se move paralelamente à direção de propagação da onda. Exemplos incluem as ondas sonoras em um meio material.

  6. Ondas estacionárias: são ondas em que a perturbação parece estar parada em um ponto, como as ondas em uma corda fixa nas extremidades.

  7. Ondas de superfície: são ondas que se propagam na superfície de um meio, como as ondas em uma piscina ou as ondas sísmicas na crosta terrestre.

Fórmulas das ondas

Algumas das principais fórmulas utilizadas em ondulatória:

  • Velocidade de propagação da onda (v): v = λ x f

Onde λ representa o comprimento de onda e f a frequência da onda.

  • Comprimento de onda (λ): λ = v/f

Onde v é a velocidade de propagação da onda e f é a frequência da onda.

  • Frequência (f): f = v/λ

Onde v é a velocidade de propagação da onda e λ é o comprimento de onda.

  • Período (T): T = 1/f

Onde f é a frequência da onda.

  • Amplitude (A)

A amplitude representa a distância máxima entre o ponto de equilíbrio e o ponto mais afastado da onda.

  • Intensidade (I)

A intensidade da onda representa a quantidade de energia que é transportada pela onda por unidade de área por unidade de tempo.

A fórmula para calcular a intensidade é I = P/A, onde P representa a potência da onda e A é a área sobre a qual a energia é distribuída.

  • Lei de Snell

a lei de Snell é utilizada para calcular o ângulo de refração de uma onda quando ela passa de um meio para outro com índices de refração diferentes.

A fórmula para calcular o ângulo de refração é n1 x sen(θ1) = n2 x sen(θ2), onde n1 e n2 são os índices de refração dos meios e θ1 e θ2 são os ângulos de incidência e refração, respectivamente.

  • Diferença de fase (Δφ)

A diferença de fase representa a diferença entre as fases de duas ondas que se encontram em um mesmo ponto.

A fórmula para calcular a diferença de fase é Δφ = 2π x Δx/λ, onde Δx representa a diferença de posição entre os pontos onde as ondas se encontram e λ é o comprimento de onda.

Pontos importantes sobre Ondas 

Além dos tipos e características das ondas, existem outros pontos relevantes no estudo das ondas na Física:

  1. Princípio da superposição: o princípio da superposição afirma que, quando duas ou mais ondas se encontram, as perturbações se somam algébrica e temporalmente. Esse princípio é fundamental para entender a interferência de ondas e a formação de padrões de interferência.

  2. Reflexão e refração: a reflexão ocorre quando uma onda encontra uma superfície e volta na direção oposta, enquanto a refração ocorre quando uma onda passa de um meio para outro com índices de refração diferentes. Esses fenômenos são importantes para entender a propagação de ondas em diferentes meios.

  3. Frequência e período: a frequência é o número de ciclos que uma onda completa por segundo, enquanto o período é o tempo que uma onda leva para completar um ciclo. Essas grandezas são importantes para entender a propagação e a energia das ondas.

  4. Amortecimento e ressonância: o amortecimento ocorre quando a energia de uma onda é dissipada com o tempo, enquanto a ressonância ocorre quando uma onda é amplificada em resposta a uma frequência específica. Esses fenômenos são importantes para entender a vibração e a propagação de ondas em sistemas físicos.

Conclusão

O estudo das ondas é fundamental para entender diversos fenômenos da natureza, desde a propagação de som e luz até a interação de partículas subatômicas.

A compreensão desses pontos relevantes pode ajudar a desvendar os segredos das ondas e aplicar esse conhecimento em diversas áreas, como a engenharia, a medicina e a tecnologia.

Exercício de fixação
Passo 1 de 3
ENEM/2013

Em viagens de avião, é solicitado aos passageiros o desligamento de todos os aparelhos cujo funcionamento envolva a emissão ou a recepção de ondas eletromagnéticas. O procedimento é utilizado para eliminar fontes de radiação que possam interferir nas comunicações via rádio dos pilotos com a torre de controle. A propriedade das ondas emitidas que justifica o procedimento adotado é o fato de:

A terem fases opostas.
B serem ambas audíveis.
C terem intensidades inversas.
D serem de mesma amplitude.
E terem frequências próximas.
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