Conceitos de Ondulatória

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Onda

Perturbação que se propaga através de um meio ou no vácuo, transportando exclusivamente energia e quantidade de movimento, sem transportar matéria.

Onda Mecânica

Perturbação que requer obrigatoriamente um meio material elástico para se propagar, como o som e as ondas na água, não existindo no vácuo.

Onda Eletromagnética

Oscilação mútua de campos elétricos e magnéticos perpendiculares entre si que se propaga no vácuo à velocidade da luz e em meios materiais.

Onda Transversal

Onda na qual a direção de vibração do meio é perpendicular à direção de propagação da perturbação, a exemplo da luz e ondas em cordas.

Onda Longitudinal

Onda em que a oscilação das partículas do meio ocorre na mesma direção em que a onda se propaga, a exemplo das ondas sonoras em fluidos.

Crista e Vale

A crista representa o ponto de máxima elongação positiva de uma onda periódica, enquanto o vale corresponde ao ponto de máximo afastamento negativo.

Amplitude (A)

Distância máxima atingida pela perturbação em relação à posição de equilíbrio do meio, proporcional à energia transportada pela onda.

Comprimento de Onda (λ)

Distância espacial percorrida pela onda durante a execução de um ciclo completo, correspondente à distância entre duas cristas consecutivas.

Período (T)

Intervalo de tempo necessário para que um ciclo ou oscilação completa ocorra em um ponto fixo, medido em segundos no Sistema Internacional.

Frequência (f)

Número de oscilações ou ciclos completos executados por unidade de tempo, medido em hertz (Hz) no Sistema Internacional.

Relação entre Período e Frequência

T = 1 / f ou f = 1 / T. O período e a frequência de uma onda são grandezas inversamente proporcionais.

Equação Fundamental da Ondulatória

v = λ * f. A velocidade de propagação de uma onda é o produto do seu comprimento de onda pela sua frequência.

Fórmula de Taylor para cordas

v = raiz(T / μ). A velocidade da onda em uma corda depende da tração T aplicada e da densidade linear de massa μ da corda.

Densidade Linear de Massa (μ)

μ = m / L. Razão entre a massa de uma corda e o seu comprimento total, expressa em quilogramas por metro (kg/m).

Fase e Defasagem

Fase indica o estado instantâneo do ciclo oscilatório em determinado ponto e instante; defasagem é a diferença angular entre dois pontos ou ondas.

Reflexão de Ondas

Fenômeno em que a onda atinge uma fronteira e retorna ao meio de origem, mantendo inalterados sua frequência, comprimento e velocidade.

Reflexão em Extremidade Fixa

Ocorre inversão de fase de 180 graus (π radianos) do pulso refletido em relação ao pulso incidente devido à reação do suporte rígido.

Reflexão em Extremidade Livre

O pulso incidente é refletido sem sofrer inversão de fase, retornando pelo mesmo lado da corda com as mesmas características.

Refração de Ondas

Passagem de uma onda de um meio para outro com alteração de sua velocidade e comprimento de onda, mantendo constante sua frequência.

Lei de Snell-Descartes para Ondas

sen(θ1) / sen(θ2) = v1 / v2 = λ1 / λ2. Relaciona ângulos de incidência e refração com as velocidades de propagação em cada meio.

Difração

Capacidade que uma onda possui de contornar obstáculos ou fendas cujas dimensões sejam da mesma ordem de grandeza de seu comprimento de onda.

Princípio de Huygens

Cada ponto de uma frente de onda comporta-se como fonte emissora secundária de ondas esféricas, cuja envoltória gera a nova frente de onda.

Interferência Construtiva

Superposição de ondas em fase em que as amplitudes se somam, gerando uma amplitude resultante maior que as individuais.

Interferência Destrutiva

Superposição de ondas em oposição de fase em que as perturbações se subtraem, podendo levar ao cancelamento mútuo da oscilação resultante.

Condição de Interferência Construtiva

Δd = |d1 - d2| = N * λ (para fontes em fase, sendo N inteiro). A diferença de percurso equivale a um número inteiro de comprimentos de onda.

Condição de Interferência Destrutiva

Δd = |d1 - d2| = (2N + 1) * (λ / 2) (para fontes em fase). A diferença de percurso equivale a um número ímpar de meios comprimentos de onda.

Polarização

Processo de restringir as oscilações de uma onda transversal a um único plano de vibração; ondas longitudinais não podem ser polarizadas.

Lei de Malus

I = I0 * cos²(θ). Calcula a intensidade da luz polarizada emergente após atravessar um analisador inclinado de um ângulo θ em relação ao polarizador.

Ressonância

Transferência eficiente de energia quando a frequência externa aplicada coincide com uma das frequências naturais de oscilação do sistema.

Onda Estacionária

Padrão de vibração espacialmente fixo resultante da superposição de duas ondas idênticas que viajam em sentidos opostos no mesmo meio.

Nós e Ventres

Nós são pontos de amplitude de oscilação estritamente nula em ondas estacionárias; ventres são pontos onde a amplitude atinge seu valor máximo.

Distância entre Nós Consecutivos

A distância espacial entre dois nós sucessivos ou entre dois ventres sucessivos em uma onda estacionária equivale a λ / 2.

Frequências Harmônicas em Corda Fixa

fn = n * (v / 2L), onde n é um número inteiro positivo (n = 1, 2, 3...) indicando a ordem do harmônico em uma corda de comprimento L.

Tubo Sonoro Aberto

Tubo acústico aberto em ambas as extremidades, contendo ventres de deslocamento nas pontas e frequências expressas por fn = n * (v / 2L).

Tubo Sonoro Fechado

Tubo com uma extremidade aberta e outra fechada, produzindo apenas harmônicos ímpares cuja frequência é dada por fn = n * (v / 4L) com n ímpar.

Batimento

Flutuação periódica na intensidade sonora resultante da superposição de duas ondas acústicas de frequências muito próximas entre si.

Frequência de Batimento

f_bat = |f1 - f2|. A frequência de modulação da intensidade equivale ao módulo da diferença entre as frequências das duas ondas superpostas.

Efeito Doppler

Variação aparente da frequência de uma onda percebida por um observador devido ao movimento relativo entre o observador e a fonte emissora.

Equação do Efeito Doppler Sonoro

fo = ff * [(v ± vo) / (v ∓ vf)]. Relaciona frequência observada e emitida usando as velocidades do som, do observador e da fonte.

Onda de Choque e Cone de Mach

Superfície cônica de alta pressão formada quando uma fonte se move em um meio com velocidade superior à velocidade da própria onda no meio.

Número de Mach (M)

M = v_objeto / v_som. Razão adimensional entre a velocidade do objeto e a velocidade do som no meio em que se desloca.

Altura do Som

Qualidade fisiológica que permite classificar o som em grave (baixa frequência) ou agudo (alta frequência), dependendo exclusivamente da frequência.

Intensidade Sonora

I = P / A. Razão entre a potência sonora média transportada pela onda e a área superficial perpendicular à direção de propagação.

Nível Sonoro em Decibéis (β)

β = 10 * log10(I / I0), onde I0 = 10^-12 W/m² representa o limiar da audibilidade humana média a 1000 Hz.

Timbre

Qualidade fisiológica do som que permite distinguir duas fontes que emitem a mesma frequência fundamental devido à presença de harmônicos distintos.

Dispersão de Ondas

Fenômeno em que a velocidade de propagação de uma onda em um meio material varia conforme a sua frequência, decompondo sinais policromáticos.

Atenuação de Onda

Diminuição gradual da amplitude e da intensidade de uma onda conforme ela viaja, provocada pela dispersão geométrica e absorção de energia no meio.

Número de Onda Angular (k)

k = 2π / λ. Quantifica o número de ciclos de radianos por unidade de distância espacial ao longo da propagação da onda.

Frequência Angular (ω)

ω = 2π * f = 2π / T. Mede a taxa de variação da fase angular por unidade de tempo, expressa em radianos por segundo (rad/s).

Função de Onda Harmônica

y(x, t) = A * sen(kx - ωt + φ0). Equação matemática que descreve a posição vertical instantânea de qualquer ponto de uma onda viajando para a direita.