Ondas – Conceitos e definições

Ondulatória é a parte da Física que estuda as ondas, como por exemplo, a onda numa corda, onda do mar, ondas eletromagnéticas, como a luz, ondas sonoras, como o som, etc.

Pulso de onda qualquer perturbação (vibração, abalo) que se propaga em um determinado meio.

Fonte qualquer elemento que origine os pulsos provocando a perturbação. A fonte fornece energia ao sistema (meio) no qual as ondas vão se propagar.

Meio local onde a onda está se propagando.

Exemplo de pulso:

Onda sucessão periódica de pulsos.

Exemplo de onda:

Outros exemplos de ondas:

Quando a ponta da régua bate continua e periodicamente na superfície da água contida num

recipiente origina contínuas perturbações circulares (pulsos circulares, denominados ondas) que se movem na superfície da água, afastando-se do ponto onde as perturbações são geradas. A fonte é a régua e o meio, a água.

Assim, devido à propagação do som, você ouve um trovão sem que a matéria (ar) se desloque das nuvens até nossos ouvidos. Essas e outras situações são descritas pela física usando o conceito de ondas.

A onda é unicamente energia, pois ela apenas transfere energia da fonte (mão, régua, corda vibrando,etc) para o meio (água, corda, ar). A energia que é fornecida pela fonte ao meio é que irá viajar pelo mesmo em forma de onda.

Assim, uma rolha flutuando na superfície da água não será transportada pela passagem da onda, apenas oscilará em movimento vertical, subindo e descendo.

O mesmo acontecerá com uma mancha na corda.

Portanto, qualquer tipo de onda transporta energia entre os pontos do meio, mas não transporta matéria.

Natureza das ondas              
 Ondas mecânicas

Ondas mecânicas são aquelas que necessitam de um meio material para se propagar, transportando energia. 

Exemplos: Ondas no mar (o meio é a água), ondas sonoras ( o meio pode ser ar, água, etc.), ondas em uma corda (o meio é a corda), etc.

Todas essas perturbações são causadas em meios materiais.

Ondas eletromagnéticas

Ondas eletromagnéticas são ondas que não precisam de um meio material para se propagar, transportando energia.

Também podem se propagar em meios materiais.

A luz é uma onda eletromagnética, pois se propaga no vácuo, no ar, na água, etc.

Outros exemplos: microondas, raio-x , ondas de rádio, etc.

Tipos de ondas

Ondas transversais

Ondas transversais são ondas nas quais  a direção de propagação é perpendicular à direção de vibração.

Exemplos: ondas numa corda, ondas na água, ondas eletromagnéticas, etc.

À medida que a onda se propaga para a direita (direção horizontal), as partículas do meio (mancha na corda, molécula da água) se movem na direção vertical, subindo e descendo.

Ondas longitudinais

Nas ondas longitudinais a direção de propagação coincide com a direção de oscilação.

Exemplos: ondas sonoras, ondas numa mola, etc. (a membrana do alto falante vibra no eixo x, e as ondas seguem essa mesma direção). 
 

As ondas se movem através de uma série de compressões e rarefações em um meio (ar, mola) se propagando, nas figuras acima, na direção horizontal e onde as moléculas de ar ou cada ponto  da mola vibram também nessa direção, horizontal.

Direção de propagação das ondas

Ondas unidimensionais propagam–se somente em uma única direção (dimensão).

Exemplo: onda em uma corda. 

Ondas tridimensionais propagam-se em três direções (dimensões).

Exemplos: ondas sonoras, luminosas, etc.

Se quisermos, neste instante t, representar as velocidades de cada ponto, devemos representar (desenhar) a mesma onda num instante t’, imediatamente posterior a t, um um pouco mais à frente (linha tracejada)

Como os pontos movem-se apenas na vertical, observe que no instante t (linha cheia) o ponto A está descendo passando, no instante posterior t’, para A’.          

O ponto B está em repouso, pois está no ponto mais alto, na iminência de inverter o sentido para começar a descer V_B = 0.

Os pontos C  e o ponto D estão subindo, passando, no instante posterior t’, para C’ e D’, respectivamente.

Variação da intensidade da velocidade vertical do movimento de qualquer ponto da corda, à medida que a onda se desloca.

O que você deve saber, informações e dicas

Onda não transporta matéria, apenas energia.

O som é uma onda mecânica (precisa de um meio material para se propagar) longitudinal (direção de propagação coincide com a direção de oscilação)

A luz é uma onda eletromagnética (não precisa de meio material para se propagar) transversal (direção de propagação é perpendicular à direção de oscilação).

Variações no campo magnético produzem campos elétricos variáveis que, por sua vez, produzem campos magnéticos também variáveis e assim por diante, permitindo que energia e informações sejam transmitidas a grandes distâncias através das ondas eletromagnéticas que se propagam no vácuo com velocidade constante de 3,0.10⁸ m/s, inclusive a luz.

Exercício interessante o qual você deveria verificar a resolução:

Resolução:

Para retornar ao equilíbrio o ponto B deverá se deslocar de ΔS_B = 60cm = 0,6m    V = ΔS_B/t_B 

 V = 0,6/t_B.

Para retornar ao equilíbrio o ponto A deverá se deslocar de ΔS_A = 80cm = 0,8m  V = ΔS_A/t_A 

V = 0,8/t_A.

Como a velocidade é a mesma para os dois pontos    0,6/t_B = 0,8/t_A    t_A/t_B = 4/3.

Exercícios de vestibulares com resoluções comentadas sobre

Ondas – Conceitos e definições

01-(UFG) As ondas eletromagnéticas foram previstas por Maxwell e comprovadas experimentalmente por Hertz (final do século XlX). Essa descoberta revolucionou o mundo moderno. Sobre as ondas eletromagnéticas são feitas as afirmações:

 I. Ondas eletromagnéticas são ondas longitudinais que se propagam no vácuo com velocidade constante c = 3,0 × 108 m/s.

II. Variações no campo magnético produzem campos elétricos variáveis que, por sua vez, produzem campos magnéticos também dependentes do tempo e assim por diante, permitindo que energia e informações sejam transmitidas a grandes distâncias.

III. São exemplos de ondas eletromagnéticas muito freqüentes no cotidiano: ondas de rádio, sonoras, microondas e raios X.

 Está correto o que se afirma em:

a) I, apenas.

b) II, apenas.

c) I e II, apenas.

d) I e III, apenas.

e) II e III, apenas.

02- (UFMG) Enquanto brinca, Gabriela produz uma onda transversal em uma corda esticada. Em certo instante, parte dessa corda tem a forma mostrada na figura a seguir.

A direção de propagação da onda na corda também está indicada na figura.

Assinale a alternativa em que estão representados CORRETAMENTE a direção e o sentido do deslocamento do ponto P da corda, no instante mostrado.

03-(UFSM)  Quando o badalo bate num sino e o faz vibrar comprimindo e rarefazendo o ar nas suas proximidades, produz-se uma onda sonora. As ondas sonoras no ar são _______________ e ________________. A velocidade das ondas sonoras em outro meio é _______________.

 Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas.

a) eletromagnéticas - transversais - igual

b) mecânicas - longitudinais - igual

c) mecânicas - transversais - diferente

d) eletromagnéticas - longitudinais - igual

e) mecânicas - longitudinais - diferente

04-(UFPEL) Recentemente o físico Marcos Pontes se tornou o primeiro astronauta brasileiro a ultrapassar a atmosfera terrestre.

Diariamente existiam contatos entre Marcos e a base, e alguns deles eram transmitidos através dos meios de comunicação.

 Com base no texto e em seus conhecimentos, é correto afirmar que conseguíamos "ouvir" e "falar" com Marcos porque, para essa conversa, estavam envolvidas

a) apenas ondas mecânicas - transversais - já que estas se propagam, tanto no vácuo como no ar.

b) apenas ondas eletromagnéticas - longitudinais - já que estas se propagam, tanto no vácuo como no ar.

c) ondas eletromagnéticas - transversais - que apresentam as mesmas freqüências, velocidade e comprimento de onda, ao passar de um meio para outro.

d) ondas mecânicas - transversais - que apresentam as mesmas freqüências, velocidade e comprimento de onda, ao passar de um meio para outro.

e) tanto ondas eletromagnéticas - transversais - que se propagam no vácuo, como ondas mecânicas - longitudinais - que necessitam de um meio material para a sua propagação.

05-(UFRS) São exemplos de ondas os raios X, os raios gama, as ondas de rádio, as ondas sonoras e as ondas de luz. Cada um desses cinco tipos de onda difere, de algum modo, dos demais.

Qual das alternativas apresenta uma afirmação que diferencia corretamente o tipo de onda referido das demais ondas acima citadas?

a) Raios X são as únicas ondas que não são visíveis.

b) Raios gama são as únicas ondas transversais.

c) Ondas de rádio são as únicas ondas que transportam energia.

d) Ondas sonoras são as únicas ondas longitudinais.

e) Ondas de luz são as únicas ondas que se propagam no vácuo com velocidade de 300000 km/s.

06-(UFSCAR-SP) A diferença entre ondas mecânicas, como o som, e eletromagnéticas, como a luz, consiste no fato de que

a) a velocidade de propagação, calculada pelo produto do comprimento de onda pela freqüência, só é assim obtida para ondas eletromagnéticas.

b) as ondas eletromagnéticas podem assumir uma configuração mista de propagação transversal e longitudinal.

c) apenas as ondas eletromagnéticas, em especial a luz, sofrem o fenômeno denominado difração.

d) somente as ondas eletromagnéticas podem propagar-se em meios materiais ou não materiais.

e) a interferência é um fenômeno que ocorre apenas com as ondas eletromagnéticas.

07-(UNESP-SP)

I.   Uma onda transporta partículas do meio pelo qual passa.

II.  As ondas sonoras são perturbações que não podem se propagar no vácuo.

III. Quando uma onda mecânica periódica se propaga em um meio, as partículas do meio não são transportadas pela onda.

IV. Uma onda é transversal quando sua direção de propagação é perpendicular à direção de vibração

Das afirmações acima, são verdadeiras:

a) somente I e II    

b) somente II e III     

c) somente III e IV    

d) somente II, III e IV       

e) todas

08-(UNICAMP-SP) A figura I representa um pulso transversal propagando-se da esquerda para a

direita numa corda ideal, longa e esticada.. Num dado instante t_o, os pontos A, B e C da corda encontram-se nas posições indicadas na figura II. Quais devem ser a direção e o sentido da velocidade de cada um dos pontos A, B e C no instante t_o?

 09-(CESGRANRIO-RJ) O pulso triangular, dado abaixo, se movimenta para a direita ao longo de uma corda ideal.

Desenhe, no instante considerado, as velocidades dos pontos M e N da corda.

10-(UFCE)  A figura a seguir representa uma corda harmônica que se propaga, para a direita, em uma corda homogênea. No instante representado1, 2, 3, 4 e 5.

Assinale a alternativa correta:

a) os pontos 1 e 3 tem velocidade nula    

b) os pontos 2 e 5 tem velocidade máxima    

c) o ponto 4 tem velocidade maior que o ponto 1     

d) o ponto 2 tem velocidade maior que o ponto 3     

e) os pontos 1 e 3 tem velocidade máxima

11-(UFRJ) A figura representa a fotografia, em um determinado instante, de uma corda na qual se

propaga um pulso assimétrico para a direita. Seja t_A o intervalo de tempo necessário para que o ponto A da corda retorne à sua posição horizontal de equilíbrio; seja t_B o intervalo de tempo necessário para que o ponto B da corda retorne à sua posição horizontal de equilíbrio. Tendo em conta as distância indicadas na figura, calcule a razão t_A/t_B.

12-(FUVEST-SP)

A figura representa , nos instantes t=0 e t=2s, as configurações de uma corda sob tensão constante, na qual se propaga um pulso cuja forma não varia.

a) Qual é a velocidade de propagação do pulso?

b) Indique, na figura, a direção e o sentido das velocidades dos pontos materiais A e B no instante t=0.

13-(FGV-SP)

A figura mostra dois pulsos que se movimentam em sentidos contrários, um em direção ao outro sobre a mesma corda, que pode ser considerada ideal.

No momento em que houver sobreposição total, a disposição esperada para os pontos da corda estará melhor indicada por:

14- (UEPB-PB)

O SONAR (sound navigation and ranging) é um dispositivo que, instalado em navios e submarinos, permite medir profundidades oceânicas e detectar a presença de obstáculos. Originalmente foi desenvolvido com finalidades bélicas durante a Segunda Guerra Mundial (1939- 1945). para permitir a localização de submarinos e outras embarcações do inimigo, O seu princípio é bastante simples, encontrando-se ilustrado na figura abaixo.

lnicialmente é emitido um impulso sonoro por um dispositivo instalado no navio, A sua frequência dominante é

normalmente  de 10 kHz a 40kHz. O sinal sonoro propaga-se na água em todas as direções até encontrar um obstáculo. O sinal sonoro é então refletido (eco) dirigindo-se uma parte da energia de volta para o navio onde é detectado por um hidrofone.

Acerca do assunto tratado no texto  analise a seguinte situação-problema:

Um submarino é equipado com um aparelho denominado sonar, que emite ondas sonoras de frequéncia 4.0.l0⁴ Hz. A velocidade de propagação do som na água é de l,60.10³m/s. Esse submarino, quando em repouso na superfície, emite um sinal na direção vertical através do oceano e o eco é recebido após 0,80s. A profundidade do oceano nesse local e o comprimento de ondas do som na água. em metros, são, respectivamente:

a) 640 e 4.10^-2             

b) 620 e 4.10^-2                

c) 630 e 4,5.10^-2               

d) 610 e 3,5.10^-2             

e) 600 e 3.10^-2

15-(UNEMAT-MT)

Na natureza existem diversas formas de radiação, ionizantes e não ionizantes. As ionizantes possuem energia capaz de ionizar células; dentre elas destacam-se os raios gama, raios-x, partículas alfa e partículas beta. As radiações não ionizantes não possuem energia suficiente para ionizar células. Dentre elas, podemos citar infravermelho, radiação ultravioleta, micro-ondas.

Das aplicações tecnológicas abaixo, assinale aquela que corresponde ao uso de ondas mecânicas em sua finalidade.

a. Radioterapia, usada para tratamento de câncer.

b. Ultra-sonografia, bastante usada para observar o feto no útero materno.

c. Tomografia computadorizada, usada para ver os detalhes do corpo em múltiplas imagens, “fatias”.

d. Pantomografia, requisitada pelos ortodontistas antes de se colocar o “aparelho” nos dentes.

e. Bronzeamento artificial, usado nas clinicas de estética.

16-(UNEMAT-MT)

No passado, durante uma tempestade, as pessoas costumavam dizer que um raio havia caído distante, se o trovão correspondente fosse ouvido muito tempo depois; ou que teria caído perto, caso acontecesse o contrario.

Do ponto de vista da Física, essa afirmação está fundamentada no fato de, no ar, a velocidade do som:

a. variar como uma função da velocidade da luz.                      

b. ser muito maior que a da luz.

c. ser a mesma que a da luz.                                                      

d. variar com o inverso do quadrado da distancia.

e. ser muito menor que a da luz.

17-(UNIOESTE-PR)

 m/s. A figura representa parte de uma onda que se propaga sobre uma corda para a direita com velocidade igual a 120/π m/s.

Um dado ponto da corda possui uma aceleração máxima igual a

A. 1440 m/s².              

B. 200 m/s².                        

C. 3600 m/s².                     

D. 6000 m/s².                

E. 1440/π².

18-(PUC-GO)

Sabe-se que o ouvido humano só consegue detectar sons cuja frequência está entre 20 Hz e 20000 Hz. Sendo a velocidade do

som no ar igual a 340 m/s, a faixa de comprimento de onda sonora audível estaria (marque a alternativa correta)

A (   ) entre 0,017 cm e 17 cm. 

B (   ) acima de 17 m. 

C (   ) abaixo de 0,017 m e acima de 17 m.  

D (   ) entre 0,017m e 17 m.

19-(UFSM-RS)

A presença e a abrangência dos meios de comunicação na sociedade contemporânea vêm introduzindo elementos novos na relação entre as pessoas e entre elas e o seu contexto.

Radio, televisão e telefone celular são meios de comunicação que utilizam ondas eletromagnéticas, as quais tem a(s) seguinte(s)

propriedade(s):

I - propagação no vácuo.

II - existência de campos elétricos variáveis perpendiculares a campos magnéticos variáveis.

III - transporte de energia e não de matéria.

Esta(ao) correta(s)

a) apenas I.                     

b) apenas II.                     

c) apenas III.                

d) apenas I e II.            

e) I, II e III.

20-(FGV-SP)

Analise as afirmações.

I. Massa, carga elétrica, temperatura e densidade são algumas das várias grandezas físicas escalares que dispensam as noções de direção e sentido.

II. Campos gravitacional, elétrico e magnético são grandezas vetoriais que caracterizam determinada propriedade física dos pontos de uma região.

III. O estudo das ondas em Física pode ser feito dispensando a aplicação de grandezas vetoriais.

É correto apenas o que se afirma em

Resolução comentada dos exercícios de vestibulares sobre

Ondas – Conceitos e definições

01- 

I – Errada – são ondas transversais

II – Verdadeira – vide você deve saber

III – Errada – ondas sonoras são ondas mecânicas

R: B

02- B         

03- E         

04- E         

05- D          

06- D         

07- D  

 08-                                                   

09-

10- E                        

11- Para retornar ao equilíbrio o ponto B deverá se deslocar de ΔS_B = 60cm = 0,6m  ---  V = ΔS_B/Δt  ---  V = 0,6/t_B.

Para retornar ao equilíbrio o ponto A deverá se deslocar de ΔS_A = 80cm = 0,8m  --- V= ΔS_A /t_A  --- 

V= 0,8/t_A.

Como a velocidade é a mesma para os dois pontos  ---  0,6/t_B = 0,8/t_A  ---  t_A/t_B = 4/3

12- a) Deslocamento do pulso em 2s  ---  DS=20cm=0,2m  ---  V=DS/Dt  ---  V=0,2/2  ---  V=0,1m/s ou V=10cm/s 

b)

13-

Observe a figura onde está representado o instante  em que as ondas estão totalmente sobrepostas  ---  haverá interferência construtiva na metade esquerda do intervalo e destrutiva na metade direita do mesmo intervalo.

   R- C

14- Como o som vai e volta ele percorre ∆S=2h  ---  V=∆S/∆t  ---1,6.10³ = 2h/0,8  ---  h=1,6.10³.0,4  ---  h=640m.

Equação fundamental da ondulatória  ---  V=λ.f  ---  1,6.10³= λ.4.10⁴  ---  λ=1,6.10³/4.10⁴  ---  λ=0,4.

10^-1=4.10^-2m.

R- A.

15-(UNEMAT-MT)

 A ultra-sonografia é uma técnica de diagnóstico baseada em imagens, que utiliza ultra-som (onda mecânica longitudinal) para visualizar músculos e órgãos internos, seu tamanho, estrutura e possíveis patologias ou lesões  ---  é

comumente usada da obstetrícia e durante a gravidez  ---  existe uma vasta gama de usos diagnósticos para a ultra-sonografia  --- 

 R- B.

16- Raio, relâmpago e trovão são fenômenos atmosféricos que ocorrem antes ou durante tempestades, causados por descargas elétricas entre nuvens ( relâmpago ) ou entre uma nuvem e o solo ( raio ), acompanhados de um estrondo ( trovão )  ---  o raio ocorre quando uma nuvem, carregada de eletricidade estática, atinge um potencial eletrostático tão elevado que a camada de ar existente entre ela e o solo deixa de ser isolante, tornando-se condutor, permitindo a movimentação das cargas elétricas até o solo  ---  com o relâmpago ocorre a mesma coisa só que é entre as nuvens  ---   essas descargas elétricas produzem uma grande luminosidade devido ao aquecimento do ar, que pode ser vista bem distante  ---   o trovão é o som que acompanha a violenta expansão do ar quando é rapidamente aquecido  ---  devido à diferença de velocidades da luz e do som (luz, 3.108m/s e som, 340m/s), quando o raio ou relâmpago ocorre a grande distância do local de observação, o trovão é ouvido alguns segundos depois do clarão  ---  R- E.

17-

 Observe na figura que o comprimento de onda λ vale λ=60 + 60=120cm=1,2m e que a amplitude A é de A=30/2  -- A=15cm  ---  A=0,15m  ---  cálculo do período T da onda  ---  equação fundamental da ondulatória  ---  V= λ.f  ---  120/π = 0,12.f  ---  f=100/πHz  ---  T=1/f  ---  T=1/(100/π)  ---  T=π/100 s  ---  velocidade angular  ---  W=2π/T  ---

W=2π/(100/π)  ---  W=200 rad/s  ---  esse movimento pode ser considerado um movimento harmônico simples (MHS), com velocidade angular W e amplitude A e, cuja aceleração máxima é fornecida por (veja fisicaevestibular.com.br – mecânica – dinâmica – MHS)  ---  a_máx=W².A=200².0,15=40000x0,15  ---  a_máx=6000m/s²  ---  R- D.

18- Frequência de 20Hz  ---  V=γf  ---  340=γ.20  ---  γ=17m  ---  frequência de 20.000Hz  ---  γ=340/20.000=0,017m  ---  R- D

19- I. Correta  ---  por exemplo,  a luz é uma onda eletromagnética (não precisa de meio material para se propagar) transversal (direção de propagação é perpendicular à direção de oscilação).

II. Correta  ---  variações no campo magnético produzem campos elétricos variáveis que, por sua vez, produzem campos magnéticos também variáveis e assim por diante, permitindo que energia e informações sejam transmitidas a grandes distâncias através das ondas eletromagnéticas que se propagam no vácuo com velocidade constante de 3,0.10⁸m/s,, inclusive a luz

III. Correta  ---  Onda não transporta matéria, apenas energia.

R- E

20- I. Correta  ---  essas três grandezas são escalares, pois ficam perfeitamente caracterizadas apenas pela intensidade acrescida de unidade, não precisando nem de direção e nem de sentido.

II. Correta  ---  O valor do campo gravitacional g não depende da massa m do corpo, mas apenas de sua posição r em relação ao centro planeta e da massa M do planeta  ---  você pode fazer analogia do campo gravitacional com os campos magnético e elétrico..

III. Falsa  ---  no estudo das ondas entra a grandeza velocidade que é uma grandeza vetorial, pois além de intensidade com unidade, possui também direção e sentido.

R- C