Fundamentos das Ondas: Sísmicas, Interferência e Som

Ondas Sísmicas Geradas por um Terremoto

As ondas P (primárias) são longitudinais e propagam-se em meios líquidos e sólidos. As ondas S (secundárias) são transversais e propagam-se apenas em materiais sólidos. As reflexões e refrações destas ondas fornecem informações cruciais sobre o interior da Terra.

O comprimento de uma onda longitudinal é a distância entre as compressões e rarefações sucessivas. Por exemplo, as moléculas de ar vibram para a frente e para trás em relação a uma posição de equilíbrio quando as ondas sonoras passam.

Interferência de Ondas e o Princípio da Superposição

Embora um objeto material não possa ocupar o mesmo espaço que outro, é possível que mais de uma vibração ou onda exista simultaneamente no mesmo local. Se atirarmos duas pedras na água, as ondas produzidas por cada uma podem sobrepor-se e formar um padrão de interferência.

Quando duas ou mais ondas ocupam o mesmo espaço ao mesmo tempo, o deslocamento em qualquer ponto do espaço é a soma dos deslocamentos que cada onda produziria individualmente. Este é o Princípio da Superposição.

• Interferência Construtiva: Ocorre quando a crista de uma onda se sobrepõe à crista de outra onda. Os efeitos individuais são somados, produzindo uma onda de maior amplitude.
• Interferência Destrutiva: Ocorre quando a crista de uma onda coincide com o vale de outra onda. Os seus efeitos são atenuados ou anulam-se.

A Fonte do Som e a Altura (Frequência)

A maioria dos sons são ondas produzidas pelas vibrações de objetos materiais. Exemplos:

• Em um piano, violino ou guitarra, o som é produzido pela vibração das cordas.
• Em um saxofone ou flauta, o som é gerado pela vibração de uma palheta ou de uma coluna de ar oscilante.
• A voz humana resulta da vibração das cordas vocais.

Em todos estes casos, a vibração original estimula a vibração de algo maior ou mais massivo.

Frequência e Altura do Som

Descrevemos a frequência do som usando o termo altura (ou tom). Uma alta frequência corresponde a um som agudo (como uma flauta), enquanto uma baixa frequência corresponde a um som grave (como uma sirene ou voz baixa).

O ouvido humano pode captar uma faixa de frequência que varia entre aproximadamente 20 Hz e 20.000 Hz. À medida que envelhecemos, os limites desta audição diminuem.

• Infrassónicas: Ondas sonoras cujas frequências são inferiores a 20 Hz.
• Ultrassónicas: Ondas sonoras cujas frequências são superiores a 20.000 Hz.

A Natureza Longitudinal do Som no Ar

Quando batemos palmas, o som produzido não é periódico. Consiste num pulso ou onda de impulso que se propaga em todas as direções. O impulso perturba o ar da mesma forma que um impulso perturbaria uma mola (slinky). Cada partícula move-se ao longo da direção de propagação da onda.

Exemplo de Propagação (Porta e Cortina)

Imagine uma sala comprida com uma janela e cortina numa extremidade e uma porta na outra:

1. Compressão: Ao abrir a porta, ela empurra as moléculas de ar adjacentes. Estas, por sua vez, empurram as moléculas vizinhas, e assim sucessivamente. Um pulso de ar comprimido (alta pressão) move-se da porta até à cortina, fazendo-a agitar-se para fora. Este pulso de ar comprimido é chamado de compressão.
2. Rarefação: Ao fechar a porta, ela empurra algumas moléculas de ar para fora da sala, criando uma área de baixa pressão atrás dela. As moléculas vizinhas movem-se para preencher este espaço, deixando para trás uma área de baixa pressão. Esta área de baixa pressão é chamada de rarefação. A perturbação propaga-se através do espaço, e a cortina é agitada para dentro.

Se abrirmos e fecharmos a porta com um movimento periódico, é possível gerar uma onda contínua de compressões e rarefações periódicas, o que fará com que a cortina se mova continuamente para dentro e para fora da janela.