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Transcrição de vídeo

RKA6GM Vamos imaginar que eu tenho uma corda aqui, e o que eu vou fazer é pegar na extremidade esquerda da corda e movê-la para cima e para baixo e estudar o que aconteceu. Ao deslocar esta extremidade para cá, por exemplo, é óbvio que a parte adjacente a este ponto vai subir, e a corda vai ter um aspecto mais ou menos assim. Agora, vou puxar a ponta esquerda novamente para baixo, vamos ver o que acontece quando este ponto volta à sua posição inicial. A ponta esquerda volta para cá, mas, durante esse tempo, este ponto, que estava aqui, já tinha o movimento para cima e vai continuar, pela tendência, esse movimento, e vai passar, por exemplo, para cá. E a corda vai passar a ter uma aparência como esta, porque o movimento para cima deste ponto leva os adjacentes à direita dele também para cima. Agora, vou continuar o movimento que eu tinha iniciado, levando o ponto à extremidade esquerda da corda, aqui, para baixo. O que acontece é que este ponto aqui já vai ter entrado em um movimento para baixo, sua velocidade vai estar zero na posição inicial dele. Por outro lado, nós estávamos levantando esta parte da corda, então, este ponto que estava aqui, no período rosa, vai ainda para cima antes de voltar a descer. Ele vai estar, por exemplo, aqui. E o resto da corda, dos pontos da corda, acompanhando, vão estar à direita, e a corda teria, então, um aspecto assim. O que vai acontecer é que este ponto que estava aqui já estava adquirindo movimento para baixo, então, ele vai vir para cá, por exemplo. Este ponto, que estava em cima, veio para baixo, voltou para a posição inicial. E este ponto, que estava aqui, ainda estava com uma quantidade de movimento para cima, ele vai continuar subindo, por exemplo, estaria aqui. E o resto da corda acompanhando. Resumindo, quando eu trago de novo a corda para a posição inicial, ela vai adquirir um aspecto como este, aquele ponto que havia ido para baixo, este também, que voltou à posição de equilíbrio, este, que está em um ponto mais alto, e o resto da corda, que acompanha aqui à direita. Então, quando eu peguei a extremidade esquerda da corda e puxei para cima, depois, para baixo, voltei à posição inicial, ou seja, completei um ciclo, a corda faz isto, tem este aspecto. Eu puxei, então, a extremidade esquerda para cima e para baixo e voltei para a posição original, e a corda teve este aspecto. E se eu não fizer mais nenhum movimento, esta perturbação vai continuar ao longo da corda, e a perturbação vai se mexendo pela corda no sentido da esquerda para a direita. Veja que eu deixei novamente a posição inicial na extremidade esquerda. Este ponto, que estava aqui embaixo, tende a voltar para cima, este, que estava descendo, vem aqui para baixo. Este, que estava no alto, no seu ponto mais alto, volta à posição de equilíbrio, e este aqui, que estava no movimento para cima, tende a continuar para cima, e o resto da corda a seguir. Então, eu teria corda com este aspecto aqui. Ou seja, se eu olhasse para a corda e desse um impulso, como eu expliquei para você, você veria algo assim na corda, esta perturbação na corda, viajando por ela, estamos chamando isto aqui de perturbação. E a ideia de onda é por aí, onda é a perturbação que se propaga ao longo da corda. Onda, então, pode ser definida como uma perturbação que se propaga através do espaço. Há outras definições para onda. Por exemplo, onda é uma perturbação que transporta energia em um certo meio. Meio é por onde a onda está se propagando. No nosso caso, o meio é a corda. A ideia de onda que se propaga pelo espaço é um pouco mais ampla, nós veremos mais a seguir que há ondas chamadas eletromagnéticas, que não dependem de um meio para se propagar. No exemplo da corda, como que é o transporte de energia? Veja, eu ofereci energia à corda quando eu movimentei a extremidade esquerda para cima e para baixo, e essa energia vai fazendo com que cada ponto da corda passe pelo mesmo ciclo, mova-se para cima e para baixo. Haverá um momento em que este ponto da corda vai se mover também para cima e, depois, para baixo. Ou seja, a energia que transferi para a corda no começo foi transportada ao longo da corda neste movimento. Se eu tivesse algum objeto aqui, por exemplo, quando eu fiz o movimento na corda, e a perturbação foi se propagando ao longo dela, ao chegar no objeto, iria empurrá-lo para cima, transferindo a ele energia potencial. Portanto, a onda transporta e transfere energia. Bem, o que temos aqui é um tipo de onda, mas existem muitos outros tipos de onda, por exemplo, a onda do som no ar. Vamos enxergar o ar como um conjunto de várias partículas e vamos supor a existência de uma membrana, por exemplo, um alto-falante comum, bem conhecido, composto por uma membrana, que se move à direita e, depois, retorna à posição de início rapidamente. É parecido com o que aconteceu com a corda, mas, aqui, a membrana empurra as partículas de ar e, depois, volta à posição inicial rapidamente. Quando esta membrana se move para a direita, as partículas de ar que estavam próximas a ela também vão se mover para a direita. E, consequentemente, elas vão ficar todas amontoadas aqui, em uma certa região, e nós dizemos que elas estão comprimidas aqui. Quando a membrana voltar à posição original, a tendência é que as partículas também voltem à posição original. E, essas partículas, que estavam todas comprimidas, vão ficar chocando-se com as partículas próximas a elas, até que voltem novamente a ocupar o lugar que ocupavam antes. Enquanto a membrana empurrou as partículas e colocou-as todas juntas aqui, nós dizemos que aqui é uma região de compressão. Quando a membrana volta à posição original, a tendência, então, é que haja uma "descompressão", e as partículas voltem também ao estado original. Assim, as partículas estariam na posição original novamente, na situação original, mas aquela região de compressão, o que acontece com ela? As partículas tinham sido empurradas para a direita, vão chocando-se com as próximas, e a região de compressão vai se deslocando também à direita. De maneira que, em algum momento, elas estariam, por exemplo, aqui, esta seria a região de compressão. E assim, sucessivamente, para a direita. Se esta membrana continuasse fazendo esse movimento para a direita e para a esquerda, para a direita e para a esquerda, esta zona de compressão iria aparecer outras vezes em outros momentos, em outras posições, melhor dizendo, e teríamos vários locais com zonas de compressão. Entre a zonas de compressão, o ar é menos denso, e o que está representado aqui, basicamente, é o que chamamos de onda sonora, neste caso, deslocando-se no ar. Este é um tipo de onda em que a propagação da onda tem a mesma direção da perturbação. Neste caso, tanto a perturbação tem a direção horizontal, como a propagação das zonas de compressão. Este tipo de onda é chamado de onda longitudinal. As ondas sonoras, então, são um exemplo de onda longitudinal, também são chamadas de ondas de compressão. O exemplo da corda, por sua vez, é um exemplo de onda transversal. Por que onda transversal? Porque a direção de propagação da onda, que neste caso era ao longo da corda, da esquerda para a direita, é perpendicular à direção da perturbação, que era para cima e para baixo, vertical. Quando nós geramos uma única perturbação, como temos aqui, dizemos que geramos um pulso de uma onda, pulso de onda. Se eu tivesse mantido o movimento de puxar para cima e para baixo a extremidade esquerda da corda, a corda apresentaria um aspecto como este, movendo-se para cima e para baixo a extremidade esquerda. Periodicamente, sempre no mesmo ritmo, isso gera o que nós chamamos de onda periódica, existe um período. Em vídeos futuros, vamos falar sobre características da onda periódica, velocidade, comprimento de onda, frequência, e como ela se relaciona. Mas, neste vídeo, quero ficar mais na parte conceitual, em termos daquilo que aparece no nosso dia a dia. A ideia de onda é bastante abstrata, mas ela está presente em muitas coisas do nosso cotidiano, como a corda, o som. Quando falamos de uma onda, estamos apenas nos referindo a uma perturbação que se propaga, e essa perturbação pode ter várias formas. Pode ser a perturbação transversal, no caso da corda, pode ser a longitudinal, no caso da compressão e descompressão seguida nas partículas do ar, provocada por uma membrana ou alto-falante. E há muitas coisas matemáticas que podemos explorar aqui. Vamos olhar um pouco, por exemplo, no caso da onda sonora, eu poderia representar a densidade das partículas em função da posição. Vamos estabelecer um eixo imaginário aqui, que relaciona ou que representa a posição normal das partículas antes da perturbação sonora. Se formos representar a densidade em relação à posição das partículas, aqui, teremos um ponto de alta densidade, aqui, um ponto de mínima densidade, aqui, novamente, um ponto da mais alta densidade e, assim, por diante. Teremos uma curva, que se assemelha a isto. E se você analisar, embora aqui esteja mal desenhado, mas ele lembra bem a perturbação transversal do exemplo da corda. Conceitualmente, a onda longitudinal e a onda transversal são bem diferentes, mas, matematicamente, elas têm a mesma ideia envolvida. No caso da onda sonora, nós estamos visualizando a densidade das partículas em função da posição em que a onda está, ou que a zona de compressão se encontra. E, aqui, no caso da corda, nós estamos observando o movimento para cima e para baixo de cada ponto dela, ou seja, a posição vertical de cada ponto dela. Dessa forma, ambas são ondas. E por enquanto é só. No próximo vídeo, trataremos de propriedades de ondas periódicas. Até o próximo vídeo!