Ondulatória - Tipos e visão geral das ondas

*TIPOS DE ONDAS

Como vimos no post de introdução à ondulatória, ondas são perturbações em um meio que transportam energia e informação sem que haja o transporte de matéria.

No post passado não aprofundamos muito mais do que isso, afinal, precisávamos analisar as características gerais das ondas, entretanto, neste post as perguntas "o que são as ondas?" e "como elas se comportam?" serão nossos principais focos.

>Propagação de onda

"Se as ondas não transportam matéria, como elas se propagam?".

Essa pergunta é incrivelmente comum, e mostra um pouco da nossa observação cotidiana, em nosso dia a dia vemos objetos sendo movidos ou se movendo de um ponto A até um ponto B transportando a matéria na qual eles são formados, o que pode tornar difícil de conceber a ideia de algo que não seja formado por algum tipo de material, entretanto, temos vários exemplos de "coisas" assim que quase não nos damos conta, como a luz, o som, wi-fi, ondas de rádio, etc.

As ondas se propagam através da perturbação de algum tipo de meio, seja este material ou apenas campos elétricos e magnéticos. 

Uma perturbação no ar, por exemplo, gera o som, uma pedra lançada na água gera pequenas ondas, uma perturbação em uma corda gera pulsos que se propagam de uma ponta à outra e etc.

Observe o vídeo abaixo.

A "ola" é uma maneira de uma torcida mostrar sua empolgação com um determinado evento esportivo. Trata-se de uma onda que parte de uma ponta da arquibancada até a outra, gerada pelo movimento sincronizado dos torcedores.

Note que a "ola" percorre toda a torcida, dando a volta no estádio. 

Se perguntássemos "de que é feita a 'ola' ?" o que você responderia?

A princípio poderíamos ter como resposta "pessoas", entretanto, a ola deu a volta no estádio, enquanto as pessoas não saíram de seus respectivos lugares. Portanto, ela não é formada por pessoas.

Essa onda é gerada a partir da movimentação sincronizada das pessoas da torcida, que se movem no momento certo para tal (quando a ola passa por elas). É assim que uma onda se propaga, perturbando o meio, fazendo com que ele seja perturbado de modo sincronizado, programado, sem que haja, contudo, o seu transporte.

Veremos mais especificamente isso agora.

-Ondas longitudinais

 Chamamos de ondas longitudinais as ondas em que a direção de propagação e a perturbação do meio são as mesmas.

Observe este GIF.

Primeiramente vamos analisar a direção de propagação dessa onda, isto é, a direção em que esta perturbação se propaga.

Com a comparação sucessiva de alguns dos frames do GIF e  de uma marcação roxa para ser melhor acompanhado, vemos que as ondas se movimentam na direção horizontal e no sentido da esquerda para a direita.

Vamos agora imaginar que essa onda está se propagando em uma barra de ferro, e que cada um dos pontos vistos no GIF é um átomo dessa barra.

Focaremos na movimentação desses pontos enquanto há a passagem da onda, observando sua movimentação.

Por sorte, a animação já nos dá uma linha e um ponto vermelho, que indicam respectivamente uma fileira de átomos e um átomo específico. Resta então apenas focarmos nessa linha e nesse ponto.

Primeiramente vamos observar a linha vermelha que marca uma fileira inteira de átomos. Lembre-se que o movimento dela é idêntico ao dos restantes dos átomos da imagem, mas vamos utilizar o ponto para a observação de outro fator importante, nos concentremos na linha agora.

Observe que do frame 1 ao 17 a fileira se desloca para a esquerda, alcançando seu ápice no frame 17, enquanto deste frame até o 30 há o deslocamento dessa fileira para a direita e assim sucessivamente (o GIF possui 50 frames no total).

Logo, vemos que a movimentação de cada ponto, assim como a linha, ocorre da direita para a esquerda na horizontal, ou seja, na mesma direção da propagação da onda.

Essa é a razão de chamarmos essa onda de longitudinal, pois a direção de propagação da perturbação (horizontal) é a mesma da movimentação do meio.

Observemos agora o ponto vermelho, note que ele segue o movimento da linha (assim como qualquer um dos pontos, veja no GIF) e nos permite visualizar algo bem interessante: os pulsos da onda são formados a partir do agrupamento e afastamento dos átomos do meio (perceba que os pulsos mais escuros da onda são formados pelo agrupamento de diversos pontos, enquanto as regiões brancas são resultado do afastamento desses, que ocorrem sucessivamente).

Note também que por mais que se movimente, o ponto vermelho não é transportado com a onda, ele apenas fica oscilando em torno de um ponto médio enquanto a onda se propaga, ou seja, não há transporte de matéria, apenas da onda.

Agora observe novamente o GIF e perceba que todos os pontos obedecem esse padrão: sua movimentação ocorre na horizontal e as sucessivas compressões e rarefações (agrupamento e afastamento) destes são responsáveis pela propagação da onda.

Observe mais este exemplos de ondas longitudinais, agora com as regiões da onda bem especificadas.

O som é o exemplo mais famoso de onda longitudinal. Quadro: músicos - Caravaggio 1595.

-Ondas transversais

 São ondas transversais as ondas nas quais a direção de propagação e a direção de vibração do meio são perpendiculares (transversais).

Observe agora este GIF.

Note que a direção de propagação da onda continua sendo na horizontal, com sentido da esquerda para a direita, entretanto, note que a movimentação de cada ponto do meio não é mais horizontal, como na onda anterior, mas sim vertical.

Logo, há uma transversalidade entre as direções da propagação e da movimentação do meio nessas ondas, por esta razão são consideradas transversais.

O maior exemplo de ondas transversais são as chamadas ondas eletromagnéticas (como a luz, por exemplo), pois há uma perpendicularidade / transversalidade entre as perturbações que estas geram nos campos elétricos e magnéticos na qual se propagam e sua direção de propagação (como veremos mais adiante).

Veja mais um exemplo de onda transversal neste link.

Representação de uma onda eletromagnética. Em vermelho temos a perturbação do campo elétrico na qual essa onda se propaga, enquanto em azul temos a perturbação do campo magnético. Note que independentemente de qual plano escolhermos, haverá sempre uma perturbação perpendicular a esta e à direção de de propagação da onda.

São ondas mistas as ondas nas quais a  vibração do meio não é nem exclusivamente perpendicular à propagação nem exclusivamente longitudinal, mas sim ambas ao mesmo tempo.

Nas ondas mistas o meio realiza tanto o movimento transversal quando o longitudinal, o que gera um movimento circular das partículas que compõem esse meio.

Observe melhor nesse GIF, acompanhando o ponto destacado.

Agora veja uma imagem com a rota das partículas destacadas, note como são circulares ou elípticas, resultado da movimentação tanto na vertical quanto na horizontal (vertical para cima + horizontal para a direita e vertical para baixo + horizontal para a esquerda).