Ondas

Ondulatória é o setor da Física que estuda a geração, a propagação e a detecção de ondas, bem como as leis físicas que regem os fenômenos ondulatórios.Em diversas situações de nosso cotidiano, podemos perce­ber fenômenos relacionados às ondas. Percebemos a importân­cia do conceito de onda quando, por exemplo, pensamos no funcionamento de um forno de microondas; queremos desco­brir como se dá a sintonia de uma estação de rádio ou TV; usa­mos, em fisioterapia, um aparelho de ondas curtas; ou mesmo necessitamos nos submeter a um exame de ultrassonografia. Propriedades das ondas I) Toda onda transfere energia, sem que haja necessaria­mente transporte de matéria.II) Todos os pontos de um meio material por onde se propa­ga uma onda, realizam movimentos semelhantes aos da fonte.III) A frequência (ou período) associada a uma onda é carac­terística exclusiva da fonte de ondas. Assim, se uma onda se propaga em um meio elástico com uma determinada frequência f, esse valor só será modificado quando a fonte de perturbação alterar seu movimento.IV) A quantidade de energia transportada por uma onda está re­lacionada com sua frequência e sua amplitude. Assim, para ondas de mesma frequência, quanto maior a amplitude de vi­bração dos pontos do meio por onde a onda passa, maior a energia que está sendo transmitida pela onda. Podemos veri­ficar essa conclusão, quando seguramos um extremo de uma corda e realizamos um movimento vibratório com amplitu­des diferentes. Para aumentarmos a amplitude de vibração, realizamos um esforço maior, mostrando que a quantidade de energia transmitida ao meio é maior. Classificação de ondas A fim de especificarmos quais são os tipos de ondas, passaremos a classificá-las segun­do dois critérios: forma e natureza.Classificação das Ondas Segundo a sua Formaa) Ondas longitudinaisOnda longitudinal é aquela em que os pontos do meio oscilam na mesma direção de propagação da onda.O som se propagando em um meio gasoso é um exem­plo de onda longitudinal.b) Ondas transversaisOnda transversal é aquela em que a direção de propa­gação da energia (onda) é perpendicular à direção de vibração dos pontos do meio.Ondas que se propagam em uma corda são exemplos de ondas transversais.Observação: Há situações em que uma onda se propaga de forma mista, tanto transversal quanto longitudinal. Quando observamos um pequeno barco ancorado em águas tranquilas de um lago onde há pequenas ondulações, podemos perceber que o barco oscila para cima e para baixo e, também, para frente e para trás, mantendo uma posição média praticamente constante. Neste caso, a onda que se propaga na água é trans­versal e longitudinal simultaneamente.Classificação das Ondas Segundo a sua Naturezaa) Ondas mecânicasSão aquelas que se manifestam apenas no interior de meios materiais. É o caso do som, dos pulsos nas cordas de um violão e das ondas que se propagam nos líquidos. Tais exemplos mostram que essas ondas estão relacionadas com a oscilação do meio onde se propagam.As ondas mecânicas não ocorrem no vácuo.b) Ondas eletromagnéticasQuando uma carga elétrica está presente em uma dada região do espaço, ela estabelece em suas vizinhanças um campo elétrico. Quando esta carga vibra, o campo elétrico sofre variações que provocam o aparecimento de um outro campo chamado magnético. Assim, na região haverá um campo elétrico e um campo magnético que apresentam intensidades oscilantes. As oscilações das intensidades dos vetores repre­sentativos desses campos aparecem em pontos cada vez mais afas­tados da fonte, caracterizando uma onda chamada eletromagnética.As ondas eletromagnéticas podem ser transmitidas em diver­sos meios, inclusive no vácuo. Alguns exemplos de ondas eletromag­néticas são: luz, ondas de rádio, raios X, microondas, "laser" e radar.A propagação das ondas eletromagnéticas não está rela­cionada com a vibração do meio por onde elas viajam.

Amplitude: é a altura de uma crista.Freqüência: é o número de ondas formadas em um segundo. Uma medida de frequência de onda é o Hz.Velocidade: cada onda se propaga com uma determinada velocidade. No ar, as ondas sonoras se propagam com a velocidade de 330 m/s; as ondas luminosas com a velocidade de cerca de 300.000 Km por segundo. Para calcular a velocidade de uma onda, aplica-se a seguinte fórmula: V = x 1, ou seja, velocidade igual a frequência vezes o comprimento da onda.Por exemplo: A frequência de uma onda que se propaga no ar é de 80 vibrações por segundo, e seu comprimento é de 2m. Qual a velocidade de propagação desta onda?V = x 1 → v = 80 x 2 → v = 160 m/s SOM O som está presente em quase todas as situações. Uma perturbação produzida em um ponto de um meio, propaga-se progressivamente a todos os pontos deste meio. A buzina, os alto-falantes da eletrola ou do rádio, o fone do telefone, são dispositivos capazes de transformar a energia elétrica em energia sonora.O som propaga-se por meio de ondas, e as ondas transportam energia que se propaga através de um meio elástico como as ondas sonoras, ou até no vácuo como as ondas luminosas. Só se propaga em substâncias que podem ser comprimidas. Ele se propaga em gases, líquidos e sólidos.No ar a velocidade de propagação do som é de 330 m/s. A partir de 0 c, há um aumento de 60 cm/s, para cada aumento de 1 c na temperatura do ar. Essa velocidade em líquidos é maior do que no ar, em média é de 1.435 m/s. Nos líquidos essa velocidade é muito grande, em média é de 3.000 m/s. ELEMENTOS BÁSICOS DE UM SOM Timbre: é a qualidade do som que nos permite identificar sua origem.Intensidade: é uma qualidade do som que nos permite distinguir sons fortes de sons fracos. A medida da intensidade do som é o decibel (dB). A intensidade de quando falamos é de 40 dB. A partir de 120 dB, o som começa a prejudicar nossa audição.Altura: é uma qualidade do som que nos permite distinguir os sons graves dos agudos.Quando além do som direto emitido recebemos o som refletido por um obstáculo, podem ocorrer três situações: o reforço, a reverbação e o eco.Reforço: ocorre quando a diferença entre os instantes de recebimento do som refletido e do som direto é praticamente nula.Reverberação: ocorre quando a diferença entre os instantes de recebimento dos sons é pouco inferior à 0,1s. A reverbereção, quando não exagerada, ajuda a compreensão do que está sendo dito por um orador num auditório.Eco: toda vez que o som, ao se propagar, encontra um obstáculo, volta ao seu ponto de origem ocasionalmente o eco. Ele só existe a partir de uma distância mínima de 17 metros entre a origem do som e o obstáculo. Por: César Santos Afonso

De grande utilidade prática, as ondas eletromagnéticas são utilizadas em todos os ramos da ciência. Você mesmo neste instante, está irradiando ondas eletromagnéticas, cuja frequência se encontra no infravermelho, devido ao calor de seu corpo.O resultado da interação de campos variáveis é a produção de ondas de campos elétricos e magnéticos que podem se propagar até mesmo pelo vácuo e apresentam propriedades típicas de uma onda mecânica, como reflexão, retração, difração, interferência e transporte de energia. A essas ondas dá-se o nome deondas eletromagnéticas.As ondas eletromagnéticas tem como característica principal a sua velocidade. Da ordem de 300.000 Km/s no vácuo, no ar sua velocidade é um pouco menor. Considerada a maior velocidade do universo, elas podem vencer vários obstáculos físicos, tais como gases, atmosfera, água, paredes, dependendo da sua frequência.A luz, por exemplo, não consegue atravessar uma parede, mas atravessa com grande facilidade a água, o ar atmosférico etc. Isso se deve ao fato da luz possuir partículas chamadas fótons, quanto mais energético for o fóton, menor o seu poder de transposição de obstáculos, por causa disso a luz que possui uma alta freqüência não consegue atravessar uma parede.Tanto a luz como o infravermelho ou ondas de rádios, são iguais, o que diferencia uma onda eletromagnética da outra é a sua frequência. Quanto mais alta for essa frequência mais energética é a onda.Apenas um pequeno intervalo do espectro eletromagnético  pertence a luz. O fato de enxergarmos cores, se deve ao cérebro, que utiliza este recurso para diferenciar uma onda da outra, ou melhor, uma frequência da outra (uma cor da outra). Assim o vermelho possui uma freqüência diferente do violeta. Na natureza não existem cores, apenas ondas de freqüências diferentes. As cores surgiram quando o homem apareceu na terra.Outra característica das ondas eletromagnéticas é que elas podem transmitir momento linear, em outras palavras, elas exercem uma pressão (força numa determinada área). Por isso, a cauda dos cometas se movimentam no sentido contrário do sol, devido às várias radiações que o sol emite.Em uma onda eletromagnética, o campo elétrico variável  e o campo magnético variável  estão intimamente ligados: ambos variam em fase, ou seja, quando um deles atinge a intensidade máxima, o mesmo ocorre com o outro e, quando um deles se anula, o outro também se anula.Além disso, os campos  e  são perpendiculares um ao outro e também à direção de propagação da onda que se desloca com velocidade v. Isso nos permite classificar a onda eletromagnética como ondatransversal. A figura abaixo mostra-nos a disposição dos campos elétricos e magnéticos de uma onda eletromagnética, e a direção e o sentido de sua propagação.Representação esquemática da oscilação dos campos elétrico e magnético de uma onda eletromagnética.Observe que a distância entre dois pontos vizinhos de máximo do campo elétrico, ou do campo magnético, corresponde ao comprimento de onda  da onda eletromagnética. Para as ondas eletromagnéticas vale, também, a equação fundamental das ondas: ,em que f é a frequência com que os campos variam.O sentido de propagação de uma onda eletromagnética pode ser obtido a partir da direção e sentido dos campos elétrico  e magnético , aplicando-se a regra da mão esquerda.Assim, é possível estabelecer uma relação entre a intensidade E do campo elétrico e a intensidade B do campo magnético:em que v é a velocidade de propagação da onda eletromagnética.Por: Messias Rocha de Lira, atualizado em 04/06/2012

O escocês James Clerk Maxwell mostrou que a luz é uma onda eletromagnética. Hoje sabemos, portanto, que ondas de luz, ondas de rádio e TV, microondas e raios-X são ondas eletromagnéticas. Isto é, todasviajam pelo ar com a mesma velocidade (aproximadamente 300.000 km/s). O que faz umas diferirem das outras é a freqüência e, por conseguinte, o comprimento de onda. Uma onda, como você sabe, é uma sucessão de altos e baixos. A distância entre dois altos consecutivos é o que se chama de comprimento de onda. Uma onda típica de TV tem comprimento da ordem de 1 metro. Já a luz visível tem comprimento menor que 1 milionésimo do metro.Não é muito fácil medir a velocidade da luz visível por causa de seu comprimento tão pequeno. É bem mais fácil medir a velocidade de uma onda de TV ou rádio. Descrevemos duas experiências bem simples para medir a velocidade de uma onda eletromagnética. Usamos a relação entre a velocidade, o comprimento de onda e a freqüência, dada por: c = L f. Medindo o comprimento de onda L e sabendo qual é a freqüência da onda f, calculamos a velocidade c.Uma das experiências (em ONDA 1) utiliza a onda de uma estação local de TV, cuja freqüência é bem determinada e conhecida. A outra (em ONDA 3) é até mais simples e saborosa: usa as micro-ondas geradas por um forno doméstico aquecendo creme ou margarina. No final da experiência você pode saborear não apenas a satisfação do dever cumprido, mas o próprio material da pesquisa.Um sentido de rádio estaria para o sentido eletromagnético assim como a audição está para o tato. Permitiria captar emissões de rádio de várias freqüências e distinguir a direção de onde provêm. O espectro radioelétrico está dividido nas seguintes freqüências:ELF – Ondas extremamente longas (mais de 100 km ou até 3 kHz): ondas emitidas por linhas de transmissão e utilidades domésticas.VLF – Ondas muito longas (10 km a 100 km, ou 3 kHz a 30 kHz): serviços de rádio navegação e marítimos, estações de sinal horário e freqüências padrão e emissões radioelétricas associadas a fenômenos terrestres (tormentas, terremotos, auroras boreais, eclipses, etc.)OL (LF) – Ondas Longas (1 km a 10 km, ou 30kHz a 300 kHz): serviços marítimos, rádio-navegação,  radiofarol, comunicações internas em partidas de rúgbi na Grã-Bretanha e, dos 148,5 aos 255 kHz, banda de radiodifusão (estações BCB) de Onda Longa, com alcance da ordem de 500 km, mais usadas na Europa.OM (MF) – Ondas Médias (100 m a 1 km, ou 300 kHz a 3 MHz): estações de rádio AM (alcance de até 75 km), radiofarol, chamadas de emergência, telegrafia marítima, rádio-localização, chamadas seletivas, estações governamentais, incluindo as freqüências de 500 kHz (chamada marítima de socorro telegráfico), os 518 kHz (serviço NAVTEX), 2182 kHz (chamada marítima de socorro em fonia) e as estações horárias em 2500 kHz.OC (HF) – Ondas Curtas (10 m a 100 m, ou 3 MHz a 30 MHz): radioamadores, faixa do cidadão, banda tropical, radiodifusão internacional em ondas curtas (alcance de 1.000 km a 20.000 km), emissões naturais de rádio de Júpiter.MAF (VHF) – Frequências Muito Altas (1 m a 10 m, ou 30 MHz a 300 MHz): TV aberta, rádio FM, operações espaciais, serviços fixos terrestres, walkie-talkies, microfones sem fio, telefones sem fio e radioastronomia (emissões galácticas naturais).UHF – Frequências Ultra Altas (10 cm a 1 m, ou 300 MHz a 3 GHz): TV em UHF, comunicações de estações fixas e operadores móveis, radioastronomia (inclusive tempestades solares e busca de vidaextraterrestre), aeronavegação, equipamentos de radar de longo alcance, sinais horários por satélites, satélites de observação direta, ajudas meteorológicas, walkie-talkie, GPS e telefonia celular móvel.SHF – Frequências Super Altas (1 cm a 10 cm, ou 3 GHz a 30 GHz): rede terrestre de microondas, comunicação via satélite, radar de defesa e comercial (longo alcance, baixa resolução), radioastronomia.EHF – Frequências Extremamente Altas (1 mm a 1 cm, ou 30 GHz a 300 GHZ): comunicações militares, satélites, radar veicular (curto alcance, alta resolução), radioastronomia.Um talento Rádio 0 permite “ouvir” sinais de rádio ou “ver” sinais de TV numa extensão do espectro que cubra, no máximo, uma oitava do espectro eletromagnético ou não mais que um terço dessas faixas principais – só rádio FM, ou só os canais de TV em UHF, por exemplo. Um talento Rádio 1 permite captar todas as transmissões de uma dessas faixas, dentro do alcance em que as transmissões podem ser normalmente captadas – um quilômetro para um walkie-talkie, dezenas de quilômetros para transmissões de rádio e TV, milhares de quilômetros para ondas curtas. Com Rádio 2, é possível captar três faixas contíguas e, com Rádio 3, todas as nove faixas.Autoria: Messias Rocha de Lira.

Micro-ondas são ondas eletromagnéticas, de alta frequência, do mesmo tipo das ondas de rádio, muito curtas, no entanto, elas não são fonte de calor, mas sim de energia, tem comprimento de onda de 1 mm a 300 mm, frequência de 109 Hz até 1011 Hz.As micro-ondas, também usadas em comunicações,  são geradas em válvulas eletrônicas especiais. No campo das telecomunicações, são empregadas para carregar informações de sistemas de telefonia e detelevisão. Sua vantagem sobre as ondas de rádio é que, devido às altas frequências que apresentam, podem carregar mais informações, já que a quantidade de informações transmitidas é proporcional à frequência. Antenas para recepção e transmissão de ondas eletromagnéticas.A grande desvantagem das micro-ondas é que o sinal não sofre reflexão na atmosfera e, por esse motivo, elas não podem ser captadas além da linha do horizonte. A transmissão de micro-ondas a grandes distâncias requer a construção de uma rede de antenas receptoras, posicionadas em locais altos e separadas por, no máximo, 40 km, ou o uso de satélites de comunicação que funcione como estações repetidoras.Como qualquer outra radiação eletromagnética, as micro-ondas propagam-se pelo espaço em todas as direções. Em algumas aplicações, entretanto, elas precisam ser guiadas ou direcionadas.A estrutura responsável pelo direcionamento de uma micro-onda é a antena, que funciona como uma antena comum, mas tem construção diferente. Possui uma guia de onda — estrutura em forma de tubo metálico oco, circular ou retangular, que mantém a micro-onda confinada a uma determinada região do espaço —, lentes e refletores. Uma antena receptora, semelhante à antena transmissora, é usada para receber as micro-ondas, que são então enviadas para instrumentos adequados ao seu processamento.A radiação das micro-ondas é classificada como radiação não-ionizante, pois seus efeitos são estritamente térmicos e, portanto, não alteram a estrutura molecular do material que está sendo irradiado. Já as radiações ionizantes, como a ultravioleta, os raios X e os raios gama podem, ao irradiar tecido vivo, provocar, por exemplo nas células, mutações que as tornem cancerosas.As micro-ondas são geradas e usadas em um grande número de aplicações e, como resultado, a maioria das pessoas acaba se expondo a um baixo nível de radiação. Assim como para outras novas tecnologias e materiais, é difícil determinar os efeitos biológicos, a longo prazo, desses baixos níveis de radiação das micro-ondas sobre as pessoas. Pesquisas recentes levantaram a suposição, ainda não confirmada, de que a radiação em telefonia celular pode alterar o metabolismo das células humanas — desencadeando o câncer — e provocar dores de cabeça — devido ao aquecimento dos tecidos. Por esse motivo, leis americanas limitam a exposição de pessoas a um nível de radiação de micro-ondas de até 5 mW/cm2, valor que muitos consideram ainda demasiadamente alto. Por: Renan Bardine

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