O que são ondas na física e qual é a equação fundamental da ondulatória?

Jogue uma pedra num lago e veja as ondas se espalharem até a margem. Uma folha boiando sobe e desce quando cada onda passa, mas não viaja com elas até a margem. Essa é a ideia central: uma onda transporta energia, não matéria. A água só vibra em torno de onde está.

Existem dois jeitos de vibrar:

• Ondas transversais: a vibração é perpendicular à direção em que a onda se propaga. Ondas na água, uma onda numa corda e a luz são transversais. Elas têm pontos altos, as cristas, e pontos baixos, os vales.
• Ondas longitudinais: a vibração vai para a frente e para trás na mesma direção da propagação. O som é longitudinal. As partículas se juntam em compressões e se afastam em rarefações. Empurre e puxe a ponta de uma mola maluca esticada e você vai ver.

As ondas também se dividem pelo meio. Ondas mecânicas, como o som, as ondas do mar e as ondas sísmicas, precisam de um meio material. Ondas eletromagnéticas, como a luz e as ondas de rádio, atravessam o vácuo. Por isso não existe som no espaço, mas a luz do Sol chega até nós. Veja o espectro eletromagnético.

Toda onda é descrita por algumas grandezas:

• Amplitude: a maior distância que um ponto se afasta da posição de equilíbrio. Mede-se da linha central até uma crista, não do vale até a crista. Mais amplitude significa mais energia: um som mais forte ou uma onda mais alta.
• Comprimento de onda (λ): o comprimento de uma onda completa, por exemplo de uma crista até a seguinte, ou de uma compressão até a seguinte. Medido em metros.
• Frequência (f): quantas ondas passam por um ponto a cada segundo, em hertz (Hz). 50 Hz são 50 ondas por segundo.
• Período (T): o tempo de uma onda completa, em segundos. T = 1 ÷ f, então uma onda de 4 Hz tem período de 0,25 s.

Tudo isso se junta na equação fundamental da ondulatória:

velocidade = comprimento de onda × frequência, v = λ × f

Se passam por você 3 ondas por segundo e cada uma mede 2 m, passam 6 m de onda a cada segundo: a velocidade é 6 m/s. Para um mesmo tipo de onda num mesmo meio, a velocidade fica mais ou menos fixa, então frequência maior significa comprimento de onda menor.

Ondas sonoras e audição. Quando algo vibra, empurra o ar e forma compressões e rarefações que se propagam a cerca de 340 m/s. No ouvido, o som faz o tímpano vibrar. Três ossículos (martelo, bigorna e estribo) levam a vibração até a cóclea, um tubo enrolado cheio de líquido onde células ciliadas a transformam em sinais nervosos para o cérebro. A frequência define a altura do som (agudo ou grave) e a amplitude define a intensidade (forte ou fraco). Os jovens costumam ouvir de cerca de 20 Hz a 20.000 Hz; o limite de cima costuma cair com a idade. Acima de 20.000 Hz está o ultrassom: morcegos e golfinhos o usam, e os médicos também, nos exames de ultrassonografia.

Para medir a velocidade do som, fique a uma distância conhecida de um muro grande, bata palmas e cronometre o eco: o som vai e volta, então velocidade = (2 × distância) ÷ tempo. Numa cuba de ondas, mede-se o comprimento de onda com uma régua sobre várias ondas e a frequência contando as ondas durante 10 segundos.

Qual é a diferença entre ondas transversais e longitudinais?#

Na onda transversal, a vibração é perpendicular à direção de propagação, como nas ondas da água ou na luz. Na longitudinal, a vibração acontece na mesma direção da propagação, como no som, com compressões e rarefações.

Qual é a equação fundamental da ondulatória?#

v = λ × f: velocidade (m/s) = comprimento de onda (m) × frequência (Hz). Como f = 1 ÷ T, também vale v = λ ÷ T. Serve para qualquer onda, do som à luz.

O que é comprimento de onda?#

É o tamanho de uma onda completa: a distância entre duas cristas seguidas (ou duas compressões seguidas). O símbolo é a letra grega λ, lambda.

Como as ondas sonoras chegam à audição?#

O som faz o tímpano vibrar. Os três ossículos levam a vibração até a cóclea, onde células ciliadas a transformam em sinais nervosos que o cérebro entende como som.

Qual é a faixa de audição humana?#

De cerca de 20 Hz a 20.000 Hz nos jovens. Abaixo disso é infrassom, acima é ultrassom. Sons muito altos podem danificar as células ciliadas para sempre.

O som se propaga no espaço?#

Não. O som é uma onda mecânica e precisa de partículas para passar a vibração adiante. O espaço é quase vazio, por isso é silencioso. Já a luz e as ondas de rádio o atravessam.