Fundamentos de Ondas e Movimento Oscilatório

Movimento Oscilatório

Movimento periódico que uma partícula experimenta em torno de sua posição de equilíbrio quando é ligeiramente perturbada. Desde que o distúrbio não seja muito grande, a força restauradora é proporcional ao deslocamento do equilíbrio: F = -Kx. O sinal negativo indica que a força é contrária ao deslocamento.

Movimento Harmônico Simples (MHS)

O conhecimento da força nos permite obter, com a Segunda Lei de Newton, a equação diferencial que a trajetória da partícula deve satisfazer: x(t) = A sen(ωt + φ).

Energia no Movimento Harmônico Simples

A energia total de uma partícula que executa um Movimento Harmônico Simples deve se manter constante, por ser um sistema isolado. Esta energia é composta de duas contribuições: a energia cinética (Ec), associada à velocidade das partículas, e a energia potencial (Ep), devido à força restauradora.

Onda

Toda perturbação física que transmite energia e momento, mas não matéria. Em ondas materiais, as partículas não se espalham, mas oscilam em torno de suas posições de equilíbrio. Apenas a perturbação se propaga, sendo descrita por uma função da posição e do tempo: f(x, t).

Natureza das Ondas: Ondas Materiais

Estas ondas exigem um meio material para se propagar. As partículas individuais que compõem o material não se propagam, mas simplesmente oscilam em torno de sua posição de equilíbrio.

Natureza das Ondas: Ondas Eletromagnéticas

São variações de campos elétricos e magnéticos perpendiculares à direção de propagação. São, portanto, ondas transversais. Os campos elétricos e magnéticos também são perpendiculares entre si.

Intensidade da Onda

A energia total de uma onda em uma corda é a soma das energias de cada uma das partículas da corda, devido ao seu movimento vibracional.

Dimensionalidade da Onda: Unidimensional

É um movimento de onda unidimensional, pois ocorre em uma única dimensão.

Dimensionalidade da Onda: Bidimensional

É um movimento de onda em que a perturbação inicial é transmitida a todos os pontos de uma superfície, sem transporte de massa. Neste caso, o movimento é bidimensional, pois a propagação ocorre em duas dimensões.

Dimensionalidade da Onda: Tridimensional

Um exemplo são as ondas sonoras, que se propagam em três dimensões.

Direção de Oscilação: Ondas Longitudinais

São aquelas em que a direção de oscilação coincide com a direção de propagação da onda.

Direção de Oscilação: Ondas Transversais

São aquelas em que as oscilações ocorrem em uma direção perpendicular à propagação da onda.

Princípio de Huygens

Este princípio afirma que cada ponto de uma frente de onda pode ser considerado uma nova fonte de ondas secundárias (ou ondículas), cujo envelope forma uma nova frente de onda.

Reflexão de Ondas

É o fenômeno que ocorre quando as ondas, ao se moverem através de um meio homogêneo, colidem com um obstáculo que as faz retornar e mudar a direção de propagação. A reflexão de uma onda é vista como o retorno da frente de onda na superfície que separa dois meios.

Refração de Ondas

É a mudança de direção experimentada por ondas ao passarem obliquamente de um meio para outro, onde se propagam em velocidades diferentes. As seguintes leis são verdadeiras:

• O raio refratado, a normal e o raio incidente estão no mesmo plano.
• A relação entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração é constante para os dois meios e igual à razão entre as velocidades v1 e v2, com as quais a onda se propaga em ambos os meios.

Ondas Estacionárias

A geração de ondas estacionárias é um caso especial de interferência. Elas se formam em uma determinada região do espaço quando uma onda incidente e sua onda refletida interferem entre si.

Difração de Ondas

É a mudança na direção de propagação e na forma de uma onda quando ela contorna um obstáculo ou atravessa uma abertura estreita.

Polarização de Ondas

Quando a oscilação de uma onda transversal ocorre em uma única direção, diz-se que a onda é linearmente polarizada. A luz ordinária pode ser polarizada linearmente de diversas maneiras. As duas mais importantes são:

• Com polarizadores, que permitem a passagem de luz polarizada em uma direção específica.
• Por reflexão.

Efeito Doppler

É a mudança na frequência percebida de uma onda quando a fonte, o observador ou ambos se movem em relação ao meio de propagação. Este é um fenômeno ondulatório geral, importante em muitas situações.

Princípio da Superposição

A superposição de duas ou mais ondas em um ponto do meio de propagação é chamada de interferência. Quando duas ondas se sobrepõem, aplica-se o Princípio da Superposição, que afirma que o deslocamento resultante em um ponto e em um determinado instante, causado por duas ondas que se deslocam através do mesmo meio, é a soma vetorial dos deslocamentos que cada onda teria se propagado isoladamente. Este princípio estabelece que, se os distúrbios têm pequenas amplitudes, a perturbação resultante é a soma das perturbações individuais.