Conteúdos a Lecionar:

Se considerarmos o movimento ondulatório provocado pelas ondas do mar, uma boia de sinalização pode oscilar, para baixo e para cima da sua posição de equilíbrio, por força da ondulação do mar.

Movimento Oscilatório: A Boia oscila em torno de uma posição de equilíbrio

Posição de Equilíbrio: Quando em repouso, a Boia está ao nível da Superfície da Água

Em relação à posição de equilíbrio, a boia descreve oscilações completas ou ciclos, isto porque, partindo da posição de equilíbrio, desloca-se para baixo até ao ventre da onda, depois regressa à posição inicial, deslocando-se para cima até à crista da onda e regressa de novo à posição de equilíbrio. Este ciclo repete-se, sucessivamente, à medida que a onda se propaga e o tempo decorre. Assim, ainda que a boia experimente um movimento de sobe e desceem torno da sua posição de equilíbrio, esta permanece sempre na mesma posição relativamente à horizontal, isto porque o fenómeno ondulatório, apesar de manifestar energia, não transporta matéria. Quando a oscilação cessar, a boia retornará à sua posição de equilíbrio, permanecendo em repouso na mesma posição do plano horizontal.

Movimento Oscilatório: A Boia oscila em torno de uma posição de equilíbrio

Se este processo se repetir a intervalos de tempo iguais, a onda designa-se por onda periódica. É o que sucede, por exemplo, com um corpo ligado a uma mola que oscila em torno da sua posição de equilíbrio.

Oscilação de um Corpo: Representação do Ciclo do Movimento

Amplitude de uma Onda:

Ao afastamento máximo que se verifica em relação à posição de equilíbrio dá-se o nome de amplitude (A). Corresponde à distância entre uma crista da onda, ou de um ventre, e aposição de equilíbrio.

Caraterística das Ondas: Amplitude de uma Onda

Sendo a amplitude uma grandeza sempre positiva (trata-se de uma distância), deve o seu valor ser encontrado com recurso ao módulo da diferença de alturas, que afeta todos os valores encontrados com o sinal positivo (+).

Assim, a propriedade oscilante deve ser afetada da unidade adequada, de acordo com a grandeza que é perturbada:

Caraterística das Ondas: Amplitude de uma Onda

Caraterística das Ondas: Amplitude de uma Onda

É importante referir que nem sempre a posição de equilíbrio é coincidente com a origem do referencial:

Caraterística das Ondas: Amplitude de uma Onda

Comprimento de Onda (cdo) de uma Onda:

A representação gráfica de uma onda periódica permite evidenciar as suas principais características. Por exemplo, facilmente se pode identificar uma oscilação completa ou ciclo.

Caraterística das Ondas: Ciclo da Onda

No caso da representação gráfica da onda ser em função da distância relativa à direção de propagação da onda, designa-se de comprimento de onda (cdo) ao comprimento do ciclo. Corresponde à distância entre dois pontos, nos quais as caraterísticas da onda se repetem. Representa-se pela letra \(\lambda \) do alfabeto grego que se lê LAMBDA.

Caraterística das Ondas: Comprimento de Onda de uma Onda (\(\lambda \))

Caraterística das Ondas: Comprimento de Onda de uma Onda (\(\lambda \))

Numa mola em hélice, a amplitude e o comprimento de onda podem ser facilmente observados entre as zonas de alongamento, relaxamento e compressão:

Mola em Hélice: Amplitude (A) e Comprimento de Onda (\(\lambda \)) de uma Onda Transversal

Mola em Hélice: Amplitude (A) e Comprimento de Onda (\(\lambda \)) de uma Onda Longitudinal

Período (T) de uma Onda:

Como se vê acima, a representação gráfica das ondas pode ser efetuada em função da distância de propagação. Mas esta pode também ser efetuada em função do tempo de propagação, pois o conceito de ciclo (oscilação completa) é extensível ao tempo de propagação da onda.

Caraterísticas das Ondas: Período e Comprimento de Onda

No caso da representação gráfica da onda ser em função do tempo relativa à propagação da onda, designa-se de período da onda (T) ao comprimento do ciclo. Corresponde ao intervalo de tempo necessário para que ocorra uma oscilação completa ou ciclo. Representa-se pela letra T.

Caraterística das Ondas: Período de uma Onda (T)

Caraterística das Ondas: Período de uma Onda (T)

Fase de um ponto da Onda:

Quando se fala da fase de um ponto da onda, refere-se com este termo (fase), à característica desse ponto da onda em termos da sua altura relativamente à amplitude e à variação em relação à posição de equilíbrio. Assim, dois pontos estão na mesma fase se estes se encontram à mesma altura e ascendentes ou descendentes relativamente à posição de equilíbrio:

Caraterísticas das Ondas: Amplitude (A) e Fase de um ponto de uma Onda

A fase é uma propriedade observável, quer a representação da onda seja feita em função da distância de propagação da onda, quer esta seja feita em função do seu tempo de propagação:

Caraterísticas das Ondas: Comprimento de Onda (\(\lambda \)) de uma Onda

Caraterísticas das Ondas: Fase de um ponto da Onda

Frequência (f) de uma Onda:

A Frequência (f) de uma onda é o número de oscilações completas ou ciclos produzidos em cada unidade de tempo. Em homenagem ao físico alemão Heinrich Rudolf Hertz, a unidade de frequência, no SI, é o hertz (Hz). A frequência de uma onda é determinada pela fonte emissora e não se modifica durante a sua propagação, sendo que a representação gráfica das ondas permite determinar as respectivas frequências. Um hertz corresponde à frequência de uma oscilação completa em cada segundo.

Caraterísticas das Ondas: Frequência de uma Onda (f)

Caraterísticas das Ondas: Frequência de uma Onda (f)

Caraterísticas das Ondas: Período (T) e Frequência de uma Onda (f)

Observando a representação das duas ondas com diferentes frequências, facilmente se conclui que, quanto maior é a frequência da onda, menor é o seu período.

Por outro lado, quanto maior é o período da onda, menor é a sua frequência.

Caraterísticas das Ondas: Frequência de uma Onda (f)

Frequência e Amplitude de uma Onda: Comparar as caraterísticas das ondas

Velocidade de Propagação de uma Onda: (v ou c)

A velocidade de propagação de uma onda, representa-se pela letra v e no caso da luz pela letra c, é uma medida da rapidez de propagação da onda num determinado meio.

A velocidade de propagação é uma grandeza física caraterística da onda, mas depende do meio onde esta se propaga.

Para qualquer onda, numa oscilação completa, a onda percorre uma distância \(\lambda \) (comprimento de onda) num intervalo de tempo T (período).

Caraterísticas das Ondas: Velocidade de Propagação (v) de uma Onda

Assim, tem-se que d = \(\lambda \) e \(\Delta \)t = T, pelo que a expressão da velocidade de propagação de uma onde pode escrever-se com base no cdo e no período.

Atendendo a que a frequência é o inverso do período (f = 1/T), a expressão anterior pode escrever-se:

No esquema que se segue pode determinar-se a velocidade de propagação de uma onda com base em qualquer uma das expressões matemáticas:

Ondas: Calculo da Velocidade de Propagação

As ondas, quer sejam transversais, quer sejam longitudinais, são caracterizadas pelas mesmas grandezas físicas: A amplitude, o comprimento de onda, o período, a frequência e a velocidade de propagação da onda. Duas ondas podem ter algumas caraterísticas comuns e diferirem noutras:

Ondas de Igual Frequência: Diferentes Amplitudes

Ondas de Igual Amplitude: Diferentes Frequências e CDO

O Havai é uma zona preferida pelos surfistas porque as ondas têm elevadas amplitudes e grande frequência.

Surf no Havai: Ondas de Grande Amplitude e Frequência

A velocidade de propagação da onda do tsunami que assolou a cidade de Miyako no Japão chegou aos 800km/h e quando se aproximou do litoral, atingiu mais de 20 metros de altura.

Tsunami no Japão: Onda de Grande Amplitude e Velocidade de Propagação

Ondas Eletromagnéticas:

Para o caso das ondas que se propagam à velocidade da luz (ondas eletromagnéticas), tem-se que v = c (velocidade da Luz), 300 000 km/s, pelo que as expressões anteriores escrevem-se:

Visto que a velocidade da luz é constante, a análise da última expressão matemática da velocidade de propagação permite inferir que a frequência é inversamente proporcional ao comprimento de onda. Isto é, quanto maior a frequência de uma onda, menor o seu comprimento de onda.