Ondas mecânicas e electromagnéticas

Ondas mecânicas e electromagnéticas

Natureza e modalidade de propagação

O mundo em que vivemos, está em constante movimento, a natureza nos proporciona, os mais diversificados tipos de movimentos, alguns com menor e outros com maior intensidade. Mas decerto, todo movimento, causa uma certa vibração ao seu redor, por exemplo, o comboio (trem) cria uma vibração ao seu redor quando passa, essas vibrações podem ser entendidas como ondas. Mas para além desses movimentos, existem outros fenómenos que produzem ondas, mas sem vibração, por exemplo os feixes de luz.

Um outro fenómeno muito comum, verifica-se um quando um certo objecto é lançado sobre a superfície de um líquido, observa-se que o líquido expande-se em múltiplos círculos de raios diferentes como mostra a figura abaixo.

Então, nessas condições podemos concluir que a propagação das oscilações (vibrações) no espaço no decorrer do tempo chama-se onda.

Classificação das ondas

a) Quanto e sua natureza:

As ondas podem ser mecânicas ou electromagnéticas.

b) Quanto e modalidade de propagação

As ondas podem ser longitudinais ou transversais.

c) Quanto à vibração, elas podem ser:

Transversais  – vibração da onda é perpendicular à sua propagação. Esse tipo de onda pode ser visto quando jogamos um objecto na água.

Longitudinais  – Quando a direcção da perturbação coincide com a direcção da propagação.

d) Quanto à propagação, elas podem ser:

Unidimensionais  – se propagam em uma direcção.

Bidimensionais  – se propagam em duas direcções.

Tridimensionais  – se propagam em várias direcções.

Características de uma onda

Amplitude: é o comprimento (distância) na vertical, em relação ao ponto referencial.

Comprimento: é a distância entre duas cristas ou vales consecutivos.

Crista: é o ponto máximo, alcançada por uma onda em relação a um referencial.

Vale: é o ponto mínimo, alcançada por uma onda em relação a um referencial.

Período: é o tempo necessário que uma onda leva para realizar uma oscilação completa.

Frequência: representa o número de oscilações realizadas numa onda, num determinado tempo.

Velocidade: é a rapidez com que uma onda se movimenta num material.

Ondas mecânicas

Quando falamos de ondas mecânicas, estamos a referir basicamente, de algo mecânico, de algo que para se movimentar depende de uma acção ou força externa, olhando para alguns exemplos como o caso de círculos de água que são formados quando lançamos um objecto na sua superfície.

Uma outra analogia, é quando jogamos a corda (salto à corda), observa-se algumas ondulações na corda, essas ondulações são ondas, e tem a mesmas características, e se repetem em intervalos de tempos iguais, ou seja, são movimentos periódicos.

Então, fica claro que sem laçarmos o objecto sobre a superfície de um líquido não se formará ondas, assim como sem balançarmos a corda, não se formará também nenhuma vibração ao longo da corda.

Com essa explicação, fica claro que as ondas mecânicas são aquelas que transportam uma determinada quantidade de energia, por meio de um material, e dependem desse meio material para se propagar.

Em linguagem mais barata, dizemos que ondas mecânicas são aquelas que para se propagarem dependem de um meio material.

Outros exemplos de ondas mecânicas:

• Ondas marítimas, ondas sonoras, ondas sísmicas (causadora de terramotos…), etc.

Ondas Electromagnéticas

Contrariamente das ondas mecânicas, que precisam de um meio material para se propagarem, as ondas electromagnéticas, não precisam de nenhum meio.

Mas de uma forma mais detalhada, onda electromagnética, é a combinação do campo magnético (H) – vermelho e o campo eléctrico (E) – preto

Como exemplos temos: as ondas de rádio, ondas de luz, raio – X, micro-ondas, etc.

De referir que as ondas electromagnéticas são transversais.

Apesar de um muitos casos, dissermos que as ondas electromagnéticas, se propagam na mesma velocidade que a luz (isto no vácuo), elas podem sim, movimentarem-se numa velocidade diferente que da luz, obviamente menor, essa variação, ou diferença na velocidade se da por conta do meio material em que essa onda se propaga. Pois depende das propriedades físicas e magnéticas do meio.

Propriedades das ondas eletromagnéticas

1. Ondas Transportam Energia

2. Onda sofre mudanças na direcção de propagação quando passam ou aravessa um obstáculo, ou um meio para outro, a essa propriedade chamamos de – REFRACÇÃO

• Dispersão Cromática

3. Ondas são REFLETIDAS quando incidem em certas superfícies, principalmente em superfícies metálicas são mais verificadas, fazendo voltar assim a onda ao meio de proveniência.A essa propriedade chamamos de – REFLEXÃO.

4. Ondas oscilam numa dada direcção, ou seja, ordenamento na direcção das oscilações. A essa propriedade chamamos de – POLARIZAÇÃO.

• Polarização por transmissão;

• Polarização por reflexão

5. Ondas eletromagnéticas transportam momento linear – PRESSÃO DE RADIAÇÃO.

Aplicação das Ondas Electromagnéticas

As ondas electromagnéticas (OEM), tem inúmeras aplicações, vamos começar pelo mais básico, nas linhas acimas, falamos que os feixes de luz são ondas electromagnéticas, certo? Exactamente, nesse contexto, implica dizer que umas das aplicações das ondas electromagnéticas é a iluminação através dos feixes luminosos que provém das lâmpadas.

Mas ainda há mais, já imaginou como o sinal de Rádio e TV, chega os receptores de sua casa? É graças as ondas electromagnéticas, pois uma das propriedades é o transporte de energia, então as ondas vem portadas de energia, essa energia trás consigo as informações numa portadora, que incide nas antenas dos receptores de rádio e televisão, que posteriormente são desmodulados e convertidos num sinal de áudio ou vídeo.

Mas não pára só por ai, e a comunicação a distância, a através de nossos celulares, o acesso a internet, controlo remoto de residências, controlo de trajectória de um veículo de carga, todas essas aplicações é graças as ondas electromagnéticas.

E também são aplicados na medicina, para fazerem o ultrassom, e o exame de raio – X.

Espectro Electromagnético

Falar do espectro electromagnético, é mesmo que falar do conjunto de frequências, ou seja, uma faixa de frequências das radiações electromagnéticas. Então essas radiações estão presentes no nosso dia-a-dia, dividindo-se uma faixa de sete (7) radiações, cada uma com uma aplicação específica, são elas:

• Ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios – X,  e raios gama.

No espectro é possível verificar que quando a frequência aumenta, o comprimento diminuí e vice-versa.

Isso, é lógico, pois a frequência e o comprimento são inversamente proporcionais.

Ondas de rádio – é uma onda, de maior comprimento e menor frequência. São usados nas comunicações móveis e na transmissão e recepção de sinal de rádio e TV.

Micro-ondas – ondas electromagnéticas usadas bastante no aquecimento de alimentos devido a sua ressonância.

Infravermelho – é aquela radiação que não é percebida pelo olho humano. Umas das formas de verificar esse tipo de radiação é através de câmeras. Podes fazer um experimento simples, barato e seguro, clique em um botão do controlo remoto da sua TV ou outro aparelho comando por um controlo remoto e ligando a câmera do celular incide sobre a lâmpada (LED) do remoto, cada vez que vai clicando num dos botões do remoto será possível ver a radiação infravermelha.

Luz visível – é aquela radiação perceptível ao olho humano, ela pode ser vermelho, amarelo, verde, laranja, amarelo, verde, ciano, azul e violeta.

Ultravioleta – radiação invisível ao olho humano, mas em contra partida, é a radiação que mais estamos expostas a ela, pois o sol é uma fonte de radiação ultravioleta, então com isso podemos dizer que todos os dias estamos expostos as radiações ultravioletas, o causador de câncer da pele, quando ficarmos expostas por longo tempo e com frequência ao sol.

Raios – X – possuem um grande poder de penetração, e também são radiações ionizantes. Com uma versatilidade de aplicações, desde diagnósticos nas mais diversas áreas assim com na radioterapia.

Raios gama – se os raios – X, são ionizantes, os raios gama são altamente ionizantes, e é a mais energética de todo o espectro, sendo produzidas em reacções nucleares. São geralmente usados na análise da estrutura interna de sólidos, assim como na medicina para esterilização de produtos e utensílios médicos.

Principais equações

λ – O comprimento de onda em m;

v – velocidade da onda (se o meio for o vácuo, a sua velocidade será: c = 3 x 10⁸ m/s);

f – frequência das oscilações em Hz;

k – número de ondas em rad/m;

ω – velocidade angular em rad/s.

Leia Sobre: Exercícios resolvidos sobre ondas electromagnéticas: Parte 1