Propriedades de ondas

RKA2JV - Olá, tudo bem com você? Você vai assistir agora a mais uma aula de Ciências da Natureza. Nesta aula, vamos conversar sobre as propriedades das ondas. Para começar a conversar sobre isso, imagine que eu estou parado aqui, segurando a ponta de uma corda. Eu estou aqui na extremidade esquerda e, enquanto seguro a corda, eu movo rapidamente minha mão para cima, para baixo e, depois, volto à posição inicial. Se a gente tirasse uma foto da corda imediatamente após eu terminar meu movimento, veríamos algo assim: a corda teria uma perturbação aqui, em formato de onda, que reflete o movimento que eu fiz com a minha mão para cima, para baixo, e de volta ao ponto central. Agora, repare que o restante da corda ainda está plano. Você pode ter visto algo assim se já brincou com uma corda de pular e balançou para cima e para baixo, ou uma "mola maluca", onde você a oscilou para frente e para trás, ou ainda se você já esteve em uma academia e viu alguém fazendo exercícios com grandes cordas, batendo-as para cima e para baixo repetidamente. Tendo todos esses casos em mente, provavelmente você já viu que essa perturbação vai percorrer o caminho através da corda. Se isto foi o que observamos logo após o movimento da minha mão, em algum momento posterior, vamos observar que o início da corda vai voltar à sua forma original, porém, a perturbação vai percorrer um caminho através da corda e vai continuar se movimentando nessa direção até chegar ao fim da corda. Isso é exatamente o que uma onda é na Física. Uma onda é uma perturbação, neste caso, esse movimento na corda causado pelo movimento da minha mão, onde essa perturbação pode se propagar: pode viajar ou se mover em uma determinada direção. Portanto, uma onda é uma perturbação que pode se propagar. Este exemplo específico é chamado de onda mecânica. Esta onde é chamada de onda mecânica porque a perturbação está se propagando por um meio, neste caso, a corda. As ondas mecânicas se propagam através de um meio. Um ponto importante sobre as ondas, que vale a pena observar agora, é que as ondas transferem energia sem transferir matéria. Então, o que isso significa é que a perturbação que está se movendo aqui, esta forma ondulada que está se movendo através da corda, não está movendo a corda para uma posição diferente. Qualquer parte da corda pode subir e descer conforme a onda passa por aquela seção, mas a corda em si não vai a lugar nenhum. Ao invés disso, é a energia cinética transmitida à corda pela minha mão que está se transferindo de partícula a partícula e fazendo o seu caminho através da corda. Portanto, as ondas transferem energia, mas não transportam matéria. Em meu primeiro exemplo, eu apenas empurrei minha mão para cima e para baixo uma vez, o que criou um pulso de onda único que se moveu pela corda. Se, em vez disso, eu continuasse movendo minha mão para cima e para baixo de forma consistente, eu veria a forma de uma onda semelhante a esta aqui. Quando modelamos uma onda, existem algumas características principais que precisamos saber sobre essa onda. A primeira delas é o período. O período é medido em segundos e nos diz quanto tempo leva para um ciclo de onda ser realizado. A próxima característica é o comprimento de onda. Medido em unidades de distância, como o metro, o comprimento de onda é a distância entre pontos idênticos de ondas adjacentes. Finalmente, podemos falar da frequência. Supondo que esta onda aqui leve um segundo para sair do ponto inicial e chegar ao ponto final, nós teremos quatro ciclos sendo realizados nesse segundo. Isso significa que esta onda tem uma frequência de 4 hertz, ou 4 ciclos por segundo. Observando isso que eu falei, a gente pode dizer que a frequência, medida em ciclos por segundo, nos diz quantos ciclos de onda são realizados a cada segundo. Agora, usando apenas essas propriedades básicas de uma onda, podemos começar a identificar características físicas mais interessantes, como velocidade ou distância percorrida ao longo do tempo. Se a gente quiser saber a velocidade com a qual uma onda está se movendo, podemos pegar o seu comprimento de onda, que é a distância percorrida por um único ciclo, e multiplicar pela frequência, que é quantos ciclos são realizados em um segundo, em um determinado intervalo de tempo. Os ciclos se cancelam e ficamos com unidades de distância em relação ao tempo, que é a unidade de velocidade. Esta é a nossa equação para a velocidade da onda: comprimento de onda (λ) vezes frequência (f). A unidade de medida padrão da velocidade é metros por segundo (m/s). Agora, existem alguns fatores que podem afetar a velocidade de uma onda, e que é importante a gente comentar aqui. O primeiro é o tipo de onda: ondas diferentes se movem com velocidades diferentes. Um exemplo interessante de ondas diferentes que se movem com velocidades diferentes é o relâmpago. Você já viu a queda de um raio em uma tempestade, não é? Você sabe que a primeira coisa que vê é o clarão de um relâmpago, e depois ouve o trovão associado a esse relâmpago. Portanto, o raio vem primeiro e o trovão vem depois. Isso porque são duas ondas diferentes que fazem parte do mesmo fenômeno. Quando o raio surge, você vê o flash primeiro porque é uma onda eletromagnética: a luz. Essa onda viaja muito mais rápido do que o som associado à queda do raio. As ondas eletromagnéticas são especiais, não apenas por que viajam muito rápido, mas também porque não precisam de um meio para se propagar. O trovão, por outro lado, é uma onda sonora, que se propaga mais devagar do que a luz. É por isso que você vê o relâmpago antes de ouvir o trovão. Diferentes tipos de ondas e se movem com velocidades diferentes. O segundo fator-chave que pode afetar a velocidade de uma onda é o meio pelo qual a onda se propaga. Podemos considerar o som como exemplo aqui. Quando alguém está falando, por exemplo, esta cabeça falante aqui, está criando algumas vibrações das partículas na frente de sua boca. Esta é a onda sonora: uma vibração dessas partículas se propagando pelo ar. Quando você fala, suas cordas vocais exercem força sobre as partículas à sua frente. Elas vibram para frente e para trás, criando uma compressão que se transfere para as partículas ao redor. À medida que as vibrações continuam a se propagar, o som se movimenta. Como você pode imaginar, se essas partículas forem compactadas mais próximas umas das outras, essas vibrações vão se transferir muito mais rapidamente, porque as partículas estarão colidindo muito mais rápido do que se estivessem mais distantes. É por isso que o som se movimenta muito mais rápido na água, em um líquido, do que no ar. As partículas no líquido estão mais próximas umas das outras. Por estarem mais compactadas, elas colidem mais e a propagação da onda é mais rápida. Enfim, ondas diferentes se movem em velocidades diferentes e o meio pelo qual uma onda se propaga também pode afetar a velocidade de uma onda. Vamos tentar resumir todas as informações que falamos até agora. Uma onda é uma perturbação que pode se propagar, e tem algumas características importantes. Temos o período, que corresponde ao tempo que leva para um ciclo ser realizado, temos o comprimento de onda, que corresponde à distância entre pontos idênticos entre dois pulsos de ondas que estão próximos um do outro, e a frequência, que corresponde a quantos ciclos de onda são realizados a cada segundo. Neste caso, temos dois ciclos sendo realizados em um segundo, ou seja, temos uma frequência de 2 hertz. A velocidade da onda é encontrada multiplicando-se o comprimento de onda com a frequência, e essa velocidade é afetada pelo tipo de onda e pelo meio pelo qual a onda se propaga. Ondas mecânicas são tipos de ondas que se propagam através de um meio. Então, o som no ar, uma "mola maluca", uma corda oscilando, ou ainda, as ondas no mar, são exemplos de ondas mecânicas. Agora, as eletromagnéticas, como a luz, são especiais porque podem se propagar através do vácuo. Elas não precisam ter um meio para se propagar. Mas todas as ondas, não importa o tipo, transferem energia sem transportar matéria. Eu espero que você tenha compreendido essas ideias que conversamos aqui, e, mais uma vez, eu quero deixar para você um grande abraço e dizer que te encontro na próxima. Então, até lá!