Ondas mecânicas

As ondas mecânicas são vibrações ou perturbações no meio carregando energia. Essas ondas não carregam matéria e precisam de um meio para se propagar, diferentemente das ondas eletromagnéticas.

A classificação das ondas mecânicas se dá com base na direção de propagação e de vibração. Quanto à propagação, podem ser: transversais ou longitudinais. Quanto à vibração, podem ser: unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais.

Como qualquer onda, as mecânicas possuem: amplitude (A), frequência (f), comprimento de onda (λ) e velocidade (v). Para achar a velocidade, bastar utilizar a equação: v= λ.f.

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Resumo

• Onda mecânica é uma vibração do meio.
• As ondas mecânicas transportam energia, mas não matéria.
• Classificamos as ondas com relação à direção de vibração e propagação.
• As características da onda são: amplitude (A), frequência (f), comprimento de onda (λ) e velocidade (v).
• Para calcular a velocidade da onda, basta utilizar a equação: v = λ.f.
• Para calcular a frequência da onda, basta utilizar a equação: f=1/T.

O que são ondas mecânicas?

As ondas são perturbações que se propagam carregando energia. No caso das ondas mecânicas, elas precisam de um meio para se propagar e, como qualquer onda, não podem carregar matéria.

Principais características das ondas mecânicas

As principais características das ondas mecânicas estão relacionadas à sua natureza e  formato.

• As ondas mecânicas não transportam matéria, apenas energia.
• Precisam de um meio para se propagar, como o ar.
• Interagem com o meio ao redor vibrando as moléculas.
• Sofrem fenômenos como: refração (onda muda de meio), reflexão (onda encontra um obstáculo e volta), difração (onda contorna obstáculos) e interferência (onda encontra outra onda).
• Possuem amplitude (intensidade da onda), velocidade (rapidez da onda), frequência (oscilação da onda) e o comprimento de onda (tamanho da onda):

→ Amplitude (A): é a altura que a onda pode alcançar. Os pontos altos da onda (cristas) são onde encontramos a amplitude máxima e os pontos baixos (vales) são conhecidos como amplitude mínima. Sua unidade de medida é em metros (m).

→ Velocidade de propagação (V): é a velocidade da onda no meio. Sua unidade de medida é o m/s.

→ Frequência (f): é a oscilação completa de uma onda. Sua unidade de medida é o hertz (Hz).

→ Comprimento de onda (λ): é o espaço que a onda percorre para completar uma oscilação (um ciclo). O lambda (λ) é encontrado entre duas cristas (ponto mais alto da onda) ou dois vales (ponto mais baixo da onda). Sua unidade de medida é em metros (m).

Tipos de ondas mecânicas

As ondas mecânicas podem ser classificadas de duas formas: em relação à sua direção de vibração e sua direção de propagação.

Com relação à direção de vibração, uma onda pode ser:

• Transversal: a vibração feita para produzir a onda é perpendicular (forma um ângulo de 90°) à sua propagação. Exemplo de onda transversal: uma pedra caindo em uma poça d’água.
• Longitudinais: a vibração que produz a onda é paralela (mesma direção) à sua propagação. Exemplo de onda longitudinal: ondas sonoras.

Com relação à sua direção de propagação, uma pode ser:

• Unidimensional: propaga-se apenas em uma única direção. Exemplo: uma corda de violão.
• Bidimensional: propaga-se em até duas direções. Exemplo: uma pedra caindo em um lago.
• Tridimensional: propaga-se em várias direções. Exemplo: uma onda sonora.

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Como calcular a velocidade das ondas mecânicas?

Para encontrar a rapidez com a qual a onda se propaga (velocidade), precisamos do tamanho do seu comprimento de onda (λ) e sua frequência (f):

• V = velocidade da onda (m/s)
• λ = comprimento de onda (m)
• f =  frequência (Hz)

A frequência da onda pode ser encontrada por meio do período da onda (T), que é o tempo para completar uma onda:

Diferença entre ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas

A principal diferença entre ondas mecânicas e eletromagnéticas se dá com relação à sua propagação. Enquanto as ondas mecânicas precisam de um meio para se propagar, as ondas eletromagnéticas não precisam de um meio e podem se propagar até no vácuo (onde não há matéria).

As ondas eletromagnéticas possuem um espectro dividido em sete tipos de ondas: rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios x e raios gama. Da esquerda para direita, temos um crescimento na frequência da onda.

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Exercícios resolvidos sobre ondas mecânicas

1.  (Enem 2012) Em um dia de chuva muito forte, constatou-se uma goteira sobre o centro de uma piscina coberta, formando um padrão de ondas circulares. Nessa situação, observou-se que caíam duas gotas a cada segundo. A distância entre duas cristas consecutivas era de 25 cm e cada uma delas se aproximava da borda da piscina com velocidade de 1,0 m/s. Após algum tempo a chuva diminuiu e a goteira passou a cair uma vez por segundo.

Com a diminuição da chuva, a distância entre as cristas e a velocidade de propagação da onda se tornaram, respectivamente,

a) maior que 25 cm e maior que 1,0 m/s.

b) maior que 25 cm e igual a 1,0 m/s.

c) menor que 25 cm e menor que 1,0 m/s.

d) menor que 25 cm e igual a 1,0 m/s.

e) igual a 25 cm e igual a 1,0 m/s.

Resolução

Alternativa B.

Na primeira situação, temos duas gotas caindo por segundo. Isso pode ser descrito como frequência da onda, e a distância entre duas cristas é o que chamamos de comprimento de onda, ou seja, na primeira situação, com a chuva forte, temos f = 2 Hz, v =1 m/s e λ = 25 cm ou 0,25 m.

A velocidade da onda só se altera se o meio muda. Como isso não ocorre no exercício, sabemos que a velocidade final vai permanecer a mesma.

Com a equação da velocidade da onda, conseguimos ver a relação entre a frequência e o comprimento de onda:

Se isolarmos a frequência, percebemos que ela é inversamente proporcional ao comprimento de onda, ou seja, se uma cresce, a outra diminui e vice-versa.

Então, ao diminuir a chuva, a frequência também diminui e, assim, sabemos que o comprimento de onda aumentou.

2.  (Unesp 2013) A imagem obtida em um laboratório didático representa ondas circulares produzidas na superfície da água em uma cuba de ondas e, em destaque, três cristas dessas ondas. O centro gerador das ondas é o ponto P, perturbado periodicamente por uma haste vibratória.

Considerando as informações da figura e sabendo que a velocidade de propagação dessas ondas na superfície da água é 13,5 cm/s, é correto afirmar que o número de vezes que a haste toca a superfície da água, a cada segundo, é igual a:

a) 4,5.

b) 3,0.

c) 1,5.

d) 9,0.

e) 13,5.

Resolução

Alternativa D.

Pelo enunciado, temos que a velocidade da onda é de 13,5 cm/s e, pela imagem, vemos que, em três cristas, temos a distância de 3 cm, mas o comprimento de onda (λ) é medido entre duas cristas, ou seja, pela imagem, temos que λ=1,5 cm.

Isolando a frequência na equação da velocidade e colocando as informações do enunciado, temos: