Nas ondas do Sbruzzi

Ondulatória

Ondulatória é a parte da Física que estuda as ondas. Qualquer onda  pode ser estudada seja a onda do mar, ou ondas eletromagnéticas, como a luz.

Conceito de Onda

A definição de onda é qualquer perturbação (pulso) que se propaga em um meio. Ex: uma pedra jogada em uma piscina (a fonte) provocará ondas na água, pois houve uma perturbação. Essa onda se propagará para todos os lados, quando vemos as perturbações partindo do local da queda da pedra, até ir na borda. Uma sequência de pulsos formam as ondas.

Chamamos de Fonte qualquer objeto que possa criar ondas.

A onda é somente energia, pois ela só faz a transferência de energia cinética da fonte, para o meio. Portanto, qualquer tipo de onda, não transporta matéria.

As ondas podem ser classificadas seguindo três critérios:

Classificação das ondas segundo a sua Natureza
Quanto a natureza, as ondas podem ser dividas em dois tipos:

• - Ondas mecânicas: são todas as ondas que precisam de um meio material para se propagar. Por exemplo: ondas no mar, ondas sonoras, ondas em uma corda, etc.
• - Ondas eletromagnéticas: são ondas que não precisam de um meio material para se propagar. Elas também podem se propagar em meios materiais. Exemplos: luz, raio-x , sinais de rádio, etc.

Classificação em relação à direção de propagação
As ondas podem ser dividas em três tipos, segundo as direções em que se propaga:

• - Ondas unidimensionais: só se propagam em uma direção (uma dimensão), como uma onda em uma corda.
• - Ondas bidimensionais: se propagam em duas direções (x e y do plano cartesiano), como a onda provocada pela queda de um objeto na superfície da água.
• - Ondas tridimensionais: se propagam em todas as direções possíveis, como ondas sonoras, a luz, etc.

Para o estudo de ondas bidimensionais e tridimensionais são necessários os conceitos de:

• Frente de onda: é a fronteira da região ainda não atingida pela onda com a região já atingida;
• Raio de onda: é possível definir como o raio de onda a linha que parte da fonte e é perpendicular às frentes de onda, indicando a direção e o sentido de propagação.

Classificação quanto à direção de propagação:

• - Ondas longitudinais: são as ondas onde a vibração da fonte é paralela ao deslocamento da onda. Exemplos de ondas longitudinais são as ondas sonoras (o alto falante vibra no eixo x, e as ondas seguem essa mesma direção), etc.
• - Ondas transversais: a vibração é perpendicular à propagação da onda. Ex.: ondas eletromagnéticas, ondas em uma corda (você balança a mão para cima e para baixo para gerar as ondas na corda).

Características das ondas

Todas as ondas possuem algumas grandezas físicas, que são:

• - Frequência: é o número de oscilações da onda, por certo período de tempo. A unidade de freqüência do Sistema Internacional (SI) é o hertz (Hz), que equivale a 1 segundo, e é representada pela letra f. Então, quando dizemos que uma onda vibra a 60Hz, significa que ela oscila 60 vezes por segundo. A freqüência de uma onda só muda quando houver alterações na fonte.
• -Período: é o tempo necessário para a fonte produzir uma onda completa. No SI, é representado pela letra T, e é medido em segundos.

É possível criar uma equação relacionando a frequência e o período de uma onda:

f = 1/T

ou

T = 1/f

• - Comprimento de onda: é o tamanho de uma onda, que pode ser medida em três pontos diferentes: de crista a crista, do início ao final de um período ou de vale a vale. Crista é a parte alta da onda, vale a parte baixa. É representado no SI pela letra grega lambda (λ)

Sendo A  a amplitude da onda.

• - Velocidade: todas as ondas possuem uma velocidade, que sempre é determinada pela distância percorrida, sobre o tempo gasto. Nas ondas, essa equação fica:

v = λ / T ou    v = λ . 1/T ou ainda v = λ . f

• - Amplitude: é a “altura” da onda, é a distância entre o eixo da onda até a crista. Quanto maior for a amplitude, maior será a quantidade de energia transportada.

Velocidade de propagação das ondas:

 Como não transportam matéria em seu movimento, é previsível que as ondas se desloquem com velocidade contínua, logo estas devem ter um deslocamento que valide a expressão:

Que é comum aos movimentos uniformes, mas conhecendo a estrutura de uma onda:

Podemos fazer que ΔS=λ e que Δt=T

Assim:

Sendo esta a equação fundamental da Ondulatória, já que é valida para todos os tipos de onda.

É comum utilizar-se frequências na ordem de kHz (1quilohertz = 1000Hz) e de MHz (1megahertz = 1000000Hz)

Por que as ondas do mar quebram?

Sabendo que as ondas em geral têm como característica fundamental propagar energia sem que haja movimentação no meio, como se explica o fenômeno de quebra das ondas do mar, causando movimentação de água, próximo à costa?

Em águas profundas as ondas do mar não transportam matéria, mas ao aproximar-se da costa, há uma brusca diminuição da profundidade onde se encontram, provocando a quebra destas ondas e causando uma movimentação de toda a massa de água e a formação de correntezas.

Após serem quebradas, as ondas do mar deixam de comportar-se como ondas.

Acústica

A Acústica é o ramo da física que estuda o som. O som é um fenômeno ondulatório causado pelos mais diversos objetos e se propaga através dos diferentes estados físicos da matéria.

Em acústica geralmente podemos dividir entre geradores de som, meios de transmissão, propagação e receptores. A acústica mensura estes meios, cria instrumentos, tabelas, etc, de forma a fornecer dados necessários aos mais diversos ramos da ciência para a utilização dos sons, de seus meios de propagação e efeitos.

Na cadeia geração e recepção acústica inclui-se o indivíduo que recebe o efeito sonoro e o evento que dá origem ao fenômeno. A acústica é considerada uma ciência que abrange diversas disciplinas e por elas é abrangida.

Ondas sonoras são as que possuem freqüência de vibração entre 20 e 20.000Hz, que naturalmente, são captadas e processadas por nosso sistema auditivo. Que se origina a partir de vibrações do ar que são captadas pelo tímpano com freqüência e amplitudes pré-definidas.

Qualidades fisiológicas do som

A todo o momento distinguimos os diferentes tipos de som, essas diferenças que ouvimos necessitam das qualidades fisiológicas do som, que são elas: intensidade, altura e timbre.

Intensidade: permite-nos apontar um som forte de um som fraco, dependendo da intensidade da vibração, quando maior a intensidade mais forte é o som e vice versa.

A intensidade existe de duas maneiras;

• Intensidade Física ou Energética – Chamada de limiar de audibilidade, é a intensidade das ondas acústicas.
• Intensidade Fisiológica ou Nível Sonoro – Grandeza física capaz de calcular a intensidade do som. A grandeza é medida em Bel cujo submúltiplo é o decibel.

Altura: mesmo sem conhecer música, conseguimos diferenciar o som agudo (ou fino), do som grave (ou grosso), a altura serve para diferenciarmos os mesmos. A altura do som depende da freqüência, que é o número de vibrações por segundo. Quanto maior a freqüência mais agudo é o som e vice versa.

Timbre: cada pessoa tem o seu timbre, não existem timbres iguais. Através do timbre podemos diferenciar o som de um instrumento, mesmo sem ver qual o instrumento está sendo utilizado. Isto é, o timbre é uma qualidade que nos permite compreender a diferença entre dois sons da mesma altura e intensidade.

• Som fundamental: quando se percebe a presença de sons tocados numa mesma altura, porém por instrumentos diferentes.

• Sons harmônicos: sons que completam o som fundamental formando o timbre.

O que é decibel?Decibel é um conceito da razão no meio de duas quantidades, sendo utilizado em grandes variedades de medições em acústica, física e eletrônica, assim sendo muito utilizado na medida da intensidade de sons. A definição do decibel (dB) é obtida com o uso do logaritmo.É uma unidade de medida adimensional, semelhante à percentagem

As formulas básicas são :

Potencia(W) = Tensão(V) x Corrente(A)

Tensão(V) = Corrente(A) x Resistência(Ω)

Potencia(W) = Corrente(A)**2 x Resistência(Ω) Potencia(w) = Tensão(V)**2 x Resistência(Ω)

**2 -> elevado ao quadrado