Tipos de Ondas

Na Física, comumente ouvimos falar de ondas, mais popularmente, ouvimos falar das ondas sonoras. O que não sabemos é que diferente das ondas do mar, na física, onda é um conjunto de oscilações que não transportam matéria e sim energia, ou seja, dada certa oscilação ao passo que ela se repete, formamos uma onda, que transporta somente energia e não matéria. As ondas podem ser classificadas quanto a sua natureza, quanto a sua forma e quanto a direção de propagação.

Quanto à natureza, existem dois tipos de ondas. Mecânica ou Eletromagnética:

- Onda Mecânica é aquela que só poderá se propagar em meios materiais, ou seja, na água, no ar, em um fio, tudo o que é material. Exemplo: Som;

- Onda Eletromagnética  é aquela que se propaga em meios materiais ou não, como o vácuo (não material) ou a água (material). Exemplo: Luz Solar.

Quanto à forma de uma onda, podemos classificá-la em longitudinal e transversal:

- Onda Longitudinal é aquela que se propaga na mesma direção à do movimento. Exemplo: A vibração de uma mola, que ocorre na mesma direção do seu movimento;

- Onda Transversal é aquela que tem sua propagação perpendicular ao movimento. Exemplo: Ondas em lago causadas por uma pessoa, onde a perturbação é causada na vertical, porém o movimento da onda é na horizontal.

Ainda sobre a classificação das ondas podemos dizer quanto à direção da propagação que podem ser: Unidimensional, Bidimensional ou Tridimensional:

- Unidimensional é aquela que tem seu movimento numa única direção. Exemplo: Mola;

- Bidimensional é aquela que tem como rumo um único plano. Exemplo: Ondas em um lago;

- Tridimensional é aquela que se propaga em todas as direções espaciais. Exemplo: Ondas Sonoras.Antes de tratar exatamente do que seja uma onda mecânica, é preciso relembrar o que é uma onda.

Não é incomum, em alguns programas de televisão, pessoas ordenando fileiras de dominó para, em determinado momento, a partir da queda de um deles, todos os outros caem em sequência, ou seja, ao derrubar o primeiro, podemos dizer que foi causada uma perturbação somente no primeiro dominó.  No entanto, é lógico que todos os outros irão cair em seguida.  A este efeito chamamos de “efeito dominó”.  Pode-se perceber neste caso o que é uma perturbação se propagando de um lugar para o outro. O efeito causado no primeiro dominó chegou ao último sem que nenhum dos dois tenha saído do lugar. O que foi transportado do primeiro ao último dominó, chamamos de energia.

Esse efeito acontece não somente com dominós.  As ondas estão presentes em todo o nosso cotidiano. Desde o acordar até o deitar, as ondas estão presentes em nossas vidas.

No caso das ondas mecânicas, elas se comportam exatamente como os dominós. Uma perturbação em determinado meio material é causada  por alguém ou por alguma fonte, e esta perturbação propaga-se de um ponto para o outro na forma de pulsos.  Por exemplo:

• O efeito causado por uma pedra que é jogada nas águas calmas de um lago;
• Um terremoto no fundo do mar causa uma perturbação nas águas do oceano, e esta perturbação propaga-se até encontrar algum continente, causando ondas gigantes conhecidas como Tsunamis.  Estas ondas causam muita destruição quando chegam às praias;
• Um alto falante causa uma perturbação nas moléculas de ar, e esta perturbação propaga-se até nossos ouvidos permitindo que possamos ouvir o som gerado pelo mesmo;
• O movimento de placas tectônicas que se propagam pela superfície terrestre causando os terremotos.

O vácuo não permite a propagação de ondas mecânicas, uma vez que se entende o vácuo como ausência de ar e de matéria (pelo menos nos padrões conhecidos até os dia de hoje).

O som é um dos principais representantes deste grupo de ondas. Pode assim ser considerado por que interfere diretamente na vida de todos os seres humanos e na grande maioria dos animais. Como uma onda mecânica não se propaga no vácuo, alguns filmes como Jornada nas Estrelas e Star Wars estão incorretos quando “mostram” explosões estrondosas acontecendo no vácuo. O filme 2001, uma Odisséia no espaço aborda o mesmo fenômeno por um padrão mais correto.

Neste caso, as ondas se transmitem paralelamente à direção de propagação da própria onda. As ondas de som são chamadas também de ondas de compressão ou ondas de pressão.

Para conhecer um pouco mais acerca das ondas mecânicas, visite o sitehttp://pion.sbfisica.org.br/pdc/index.php/por/multimidia/simulacoes/ondas_mecanicas.

Lá serão encontradas várias simulações de fenômenos onde estas ondas estão envolvidas.

O ser humano normal consegue perceber sons compreendidos entre 20Hz (lê-se vinte Hertz) e 20KHz (lê-se vinte quilo Hertz). O Hertz é a unidade de medida de freqüência sonoro e o nome é dado em homenagem ao Físico Heinrich Rudolf Hertz (1857 – 1894).

As faixas de frequências percebidas por alguns animais podem ser conferidas na tabela abaixo:

Animal	Mínimo (Hz)	Máximo (Hz)
Elefante	20	10000
Pássaro	100	15000
Gato	30	45000
Cão	20	30000
Chimpanzé	100	30000
Baleia	40	80000
Aranha	20	45000
Morcego	20	160000
Fonte: http://telecom.inescn.pt/research/audio/cienciaviva/Face_aaudicao.html

Nos instrumentos musicais, no diagnóstico por imagem, na ecolocalização dos golfinhos e morcegos e em muitos outros ramos do conhecimento humano, podemos perceber a importância do estudo e da tecnologia aplicada das ondas mecânicas.

Fontes:
OKUNO, E.; CALDAS, I. L.; SHOW, C.; Física para ciências biológicas e biomédicas. São Paulo. Harper & Row do Brasil. 1982.

RESNICK, R.; HALLIDAY, D.; KRANE, K. S. Física 2. Rio de Janeiro. LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. 1996O ser humano e outros animais (à exceção de uns poucos) possuem um mecanismo corpóreo essencial à sua sobrevivência: a visão. Para cada ser vivo, a forma e as funções do olho são as mais diversificadas. No entanto, o fator comum a todos é a forma de impressão deste órgão: a luz. Nossos olhos não vêem a radiação infravermelha, mas a pele detecta: quando nos expomos ao Sol, na praia, por exemplo, o ardor que sentimos na pele é a ação da radiação infravermelha.

A percepção do visível varia muito de uma espécie animal para a outra. Os cachorros e os gatos, por exemplo, não vêm todas as cores, apenas azul e amarelo, mas de maneira geral, em preto e branco numa nuance de cinzas.  Nós humanos vemos numa faixa que vai do vermelho ao violeta, passando pelo verde, o amarelo e o azul. Mesmo entre os humanos pode haver grandes variações (leia: daltonismo).  As cobras vêm no infravermelho e as abelhas no ultravioleta, cores para as quais somos cegos.

A frequência da luz visível cresce do vermelho para o violeta, consequentemente a energia da radiação também cresce.

A luz violeta por ter o menor comprimento de onda é a mais energética. A luz vermelha, ao contrário, é a menos energética, pois seu comprimento de onda é o maior na faixa do visível.  Por este motivo é perigosa a exposição à radiação ultravioleta. Na pele, um dos efeitos imediatos da radiação ultravioleta são a queimadura solar (eritema) e o bronzeamento (melanogênese). Os efeitos tardios são o fotoenvelhecimento e o câncer de pele. (Leia: espectro eletromagnético)

A luz é uma energia radiante que impressiona os olhos e é chamada, de forma mais técnica, de onda eletromagnética. Chamamos de onda eletromagnética o tipo de onda formada por um campo elétrico e outro magnético que são perpendiculares entre si e que se deslocam em uma direção perpendicular às duas primeiras. Por esta característica, a onda eletromagnética é dita onda transversal.

Os dois campos (elétrico e magnético) oscilam em fase, ou seja, o comportamento matemático da oscilação destes campos pode ser descrito por uma equação senoidal onde os valores máximos de uma função coincidem com os valores mínimos da outra.

O fato de serem formadas por dois tipos de campo que oscilam no tempo confere à esta onda a capacidade de se propagar no vácuo.

Como exemplo de ondas eletromagnéticas, podemos citar as ondas de rádio, as ondas de televisão, as ondasluminosas, as microondas, os raios X e outras. Essas denominações são dadas de acordo com a fonte geradora dessas ondas e correspondem a diferentes faixas de frequências.

Maxwell foi o cientista que trouxe ao homem à magnitude de abrangência  deste tipo de onda. James Clerk Maxwell (831-1879), desde jovem estava decido a colocar as idéias de Faraday e seus antecessores em uma formulação matemática. Nesse esforço acabou propondo, sem nenhuma evidência experimental prévia, que a lei de Faraday, que qualitativamente diz “um campo magnético variável no tempo gera um campo elétrico”, seria complementada por uma lei análoga que diz “um campo elétrico variável no tempo gera um campo magnético”.

A máxima velocidade alcançada por uma onda eletromagnética é c (3.10⁸m/s) segundo a Teoria da Relatividade deAlbert Einstein. O valor de c pode ser calculado a partir de um dos resultados possíveis das Equações de Maxwell:

onde o termo µ₀ representa a permeabilidade magnética no vácuo e ε₀ é a constante dielétrica no vácuo.

Um dos argumentos utilizados para comprovar a Teoria da Relatividade  e confirmar que c é um valor limite e invariante foram os experimentos de Michelson e Morley com o interferômetro. Atualmente, físicos alemães da Heinrich-Heine University, em Düsseldorf, conseguiram repetir o experimento de Michelson e Morley e concluíram que a velocidade da luz é realmente um invariante. A precisão chega a uma parte em 10¹⁷! O experimento é 100 milhões de vezes mais preciso que o original. O artigo foi divulgado no Physical Review Letters. Mais detalhes emhttp://physicsworld.com/cws/article/news/40355.

Interferômetro de Michelson