O que é onda?

Ondas são perturbações que se deslocam no espaço transportando, exclusivamente, energia de um ponto a outro, sem realizar transporte de matéria. Existem ondas de natureza mecânica, eletromagnética e gravitacional. Quanto à sua propagação, podemos classificar três tipos de ondas: ondas unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais. Quanto à direção de perturbação, são dividas em ondas transversais e longitudinais.

Confira: Natureza de uma onda

Propriedades das ondas

Independente de qual for a natureza, forma de propagação ou perturbação, todas as ondas apresentam as mesmas propriedades: frequência, comprimento de onda, amplitude, velocidade e período. A figura abaixo apresenta uma onda e seus elementos. Observe:

Nessa figura, é possível observar alguns elementos importantes das ondas.

• Comprimento de onda

O comprimento de onda é representado pelo símbolo λ e equivale ao espaço que as ondas percorrem até que realizem uma oscilação completa. O comprimento de onda também é definido como a distância entre dois vales consecutivos, duas cristas consecutivas ou três nós consecutivos. Nós são posições do meio que permanecem em repouso durante a propagação da onda. No Sistema Internacional de Unidades (SI), o comprimento de ondas é uma grandeza definida em metros (m).

• Frequência

A frequência da onda é dada pelo número de oscilações que ela realiza a cada segundo. No Sistema Internacional, essa grandeza é medida em s^-1 (inverso de segundo), que é equivalente a hertz (Hz). Por exemplo: uma onda de 20 Hz realiza vinte oscilações completas a cada segundo.

• Período

O período de uma onda é o intervalo de tempo que ela leva para realizar uma oscilação completa. No SI, essa grandeza é medida em segundos (s). Além disso, as propriedades período e frequência podem ser relacionadas pela seguinte expressão:

Legenda:
T = período (s)
f = frequência (Hz ou s^-1)
 

• Velocidade de propagação

A velocidade da onda depende do meio em que ela se propaga. No Sistema Internacional de Unidades, ela é medida em metros por segundo (m/s). Além disso, essa grandeza guarda uma relação matemática com as grandezas frequência (ou período) e comprimento de onda:

Legenda:
v = velocidade de propagação da onda (m/s)
λ = comprimento de onda (m)
f = frequência (Hz ou s^-1)
 

• Amplitude

A amplitude da onda está relacionada à sua intensidade. Por exemplo, quando o volume do som está alto, as ondas sonoras estão sendo produzidas com altas amplitudes. A amplitude é medida como a distância da posição de equilíbrio até a altura de uma crista ou de um vale. Por exemplo: quando uma gota d'água cai sobre a superfície de um lago, forma-se uma pequena onda. Os pontos dessa onda que se encontram na mesma altura que o resto do lago são posições de equilíbrio, também chamados nós.

Veja também: Ondas periódicas

Propagação das ondas

As ondas podem propagar-se nas três direções do espaço, no entanto, algumas ondas podem deslocar-se em um número menor de dimensões, como as ondas unidimensionais e as ondas bidimensionais. O número de direções nas quais uma onda propaga-se pode ser determinado pela geometria do meio em que ela se encontra e pela polarização da onda (nos casos em que ela seja polarizável).

• Ondas unidimensionais: são perturbações que se propagam apenas em uma direção do espaço. Exemplo: ondas formadas em uma mola pressionada para frente ou para trás.

• Ondas bidimensionais: ondas que se propagam nas superfícies, portanto, deslocam-se em duas direções do espaço simultaneamente. Exemplo: uma onda que se forma na superfície do lago em decorrência da perturbação gerada por uma pedra que cai sobre ela.

• Ondas tridimensionais: são ondas que se deslocam nas três direções do espaço ao mesmo tempo, em formatos esféricos e concêntricos à sua fonte, ou seja, quando ambas são originadas da mesma posição. Exemplo: Ondas sonoras deixando uma caixa de som, luz se propagando a partir de uma lâmpada acesa.

Veja também: Classificação das ondas

Perturbação

De acordo com a relação entre a direção da perturbação que origina uma onda e a direção que essa onda irá propagar-se, é possível classificar as ondas como longitudinais ou transversais.

• Ondas longitudinais: ondas que se propagam na mesma direção que a perturbação que as gerou. Exemplo: o som é uma onda longitudinal gerada pela compressão e rarefação das moléculas de um meio como ar, regiões onde a densidade do ar fica maior e menor, respectivamente. Observe a figura abaixo:

• Ondas transversais: ondas que se propagam em direções perpendiculares à direção da perturbação que as gerou. Exemplo: uma onda que é produzida em uma corda sendo balançada ou ainda a luz sendo produzida pela oscilação dos campos elétrico e magnético. Observe a figura:

Natureza da onda

As ondas podem ter natureza mecânica, eletromagnética ou gravitacional.

• Ondas mecânicas: Essas ondas não se propagam no vácuo, tratam-se de perturbações que só podem propagar-se em algum meio preenchido por matéria, como água, ar, metais e etc. Exemplos: sons e terremotos.

Ondas sonoras propagando-se pelo ar através da vibração de um diapasão.

Veja também: Ondas sonoras

• Ondas eletromagnéticas: são ondas que não necessitam de um meio para se propagar. São formadas pela oscilação de campos elétricos e magnéticos. Exemplo: luz, infravermelho, ultravioleta.

As ondas eletromagnéticas são produzidas pela oscilação de campos elétricos e magnéticos.

• Ondas gravitacionais: sua existência foi proposta há muito tempo por Albert Einstein, no entanto, só foi confirmada em 2016, com a colisão de dois buracos negros distantes. Esse tipo de onda causa deformações no espaço-tempo.

Sistemas binários, como o da figura, podem oscilar em torno de seu centro de massa em altas velocidades, produzindo ondas gravitacionais.

Por Rafael Helerbrock
Graduado em Física