Alfaconnection
By Lucien Silvano Alhanati

  Física

Ondas OND

Pulsos e ondas OND01

Conceitos básicos OND0101

O que é um pulso? OND010101

Quando num ponto de um meio em equilíbrio produzimos uma alteração deste equilíbrio esta alteração se propaga.
Denominamos de pulso a propagação deste desequilíbrio.

Exemplo:
Seguramos a extremidade de uma corda presa pela outra extremidade na horizontal. 
Quando na extremidade que estamos segurando promovemos um deslocamento na vertical, ocorre uma deformação que se propaga ao longo da corda. Esta deformação em propagação é um pulso.

 O que é uma onda? OND010102

Denominamos de uma onda a uma sucessão de pulsos.

Exemplo:
Seguramos a extremidade de uma corda presa pela outra extremidade na horizontal. 
Quando na extremidade que estamos segurando promovemos vários deslocamento na vertical, ocorrem deformações que se propagam ao longo da corda. Esta sucessão de deformações em propagação é uma onda

.

 Como se classificam as ondas quanto à sua natureza? OND010103

As ondas se classificam em dois grandes grupos:
  • ondas mecânicas, que são ondas de matéria.
  • ondas eletromagnéticas, que são ondas correspondentes à variações de um campo eletromagnético

 Quais são os tipos de ondas mecânicas? OND010104

As ondas mecânicas podem ser de 3 tipos:
  • ondas transversais
  • ondas longitudinais
  • ondas gravitacionais.

O que é uma onda transversal OND010105

Onda transversal é aquela onde a direção do movimento das partículas do meio é ortogonal à direção de propagação do movimento.
O aspecto da onda depende do tipo de movimento das partículas. Por exemplo se as partículas realizarem um MHS a onda terá o aspecto de uma senoide ou de uma cossenoide.

 O que é uma onda longitudinal? OND010106

Onda longitudinal é aquela onde a direção do movimento das partículas do meio é a mesma direção de propagação do movimento. As partículas do meio em seu movimento realizam compressões e rarefações e dessa maneira formam-se as ondas longitudinais.

O que é uma onda gravitacional? OND010107

As ondas gravitacionais são formadas por partículas que descrevem curvas fechadas que diminuem de tamanho com a profundidade, uma vez que são as ondas formadas nas superfícies líquidas.

Onde e quando ocorre a onda transversal? OND010108

As ondas transversais mecânicas ocorrem em sólidos, cordas, barras e placas quando produzimos uma deformação em direção transversal.

Onde e quando ocorre a onda longitudinal? OND010109

A onda longitudinal ocorre nos gases obrigatoriamente. Por exemplo: 
  • o cone flexível de um alto-falante  em movimento para frente e para trás  produz compressões e rarefações, no ar que está a sua frente, formando ondas longitudinais.

A figura a seguir mostra o cone flexível de um alto-falante em funcionamento.

A onda longitudinal pode ser formada em materiais sólidos como por exemplo:

  • o percursionista que toca cuíca atrita a sua haste com um pano na direção longitudinal produzindo ondas longitudinais na haste que dão origem a ondas transversais na membrana. Veja representação na figura.

  • o músico que toca um instrumento de corda ao deslizar o seu dedo na direção longitudinal da corda produz uma onda longitudinal.

A onda longitudinal pode ser formada no interior de massas líquidas como por exemplo: 

  • a emissão de ultra-som produzido pelos projetores de sonar e ecobatímetro, que através de diafragmas produzem compressões e descompressões na água que está em contacto.

  • a emissão de sons por parte de animais marinhos como as baleias, os golfinhos, os camarões e muito outros.

  • a emissão de ondas de choque produzidas por explosões submarinas artificiais com bombas de profundidade usadas na guerra no combate aos submarinos ou mesmo bombas de dinamite usadas nas construções abaixo do nível da água.

  • e emissão de ondas de choque produzidas por explosões submarinas naturais como terremotos e erupções vulcânicas.

Onde e quando ocorre a onda gravitacional? OND010110

As ondas gravitacionais ocorrem na superfície de líquidos e particularmente na superfície da água.
As ondas gravitacionais são produzidas por ventos na maioria das vezes, com também por ondas de choque provenientes do fundo dos mares que ao atingirem a superfície promovem o levantamento de grandes massas líquidas dando origem à ondas gravitacionais de grande potência denominadas de tsunamis.

Quais são os fatores que influenciam na velocidade de propagação das ondas? OND010111

A velocidade de propagação de uma onda num meio material depende das características físicas do meio, como: módulo de elasticidade, massa específica, temperatura, estado de tensão para os sólidos e pressão para os fluidos, etc.
A velocidade de propagação de uma onda gravitacional depende também da profundidade. Quando a onda gravitacional se aproxima de regiões pouco profundas ocorre um achatamento das trajetórias das partículas e uma redução da velocidade de propagação.

Quais são os fatores que influenciam na velocidade das partículas do meio onde se propaga uma ondas? OND010112

A velocidade das partículas de um meio onde se propaga uma onda depende apenas das características da fonte geradora do movimento, sendo portanto independente da velocidade de propagação do movimento.

É por este motivo que, por exemplo, as ondas gravitacionais "arrebentam" em regiões de pequena profundidade, como próximo das praias.
Quando a onda gravitacional se aproxima de uma praia a sua velocidade de propagação é reduzida enquanto a velocidade das partículas da água não se altera. Chega a um momento em que a velocidade da partícula da crista da onda se iguala à velocidade de propagação, a onda está prestes a "arrebentar". 

Quando a partir deste momento a velocidade de propagação se reduz mais a partícula da crista da onda avança mais rápido que a onda ocorrendo a "arrebentação"

A animação a seguir mostra um pulso de uma onda gravitacional aproximando-se de regiões menos profundas reduzindo a sua velocidade de propagação, proporcionando uma mudança de forma uma vez que a velocidade da crista da onda é mantida. 
A onda tende a "arrebentar" na propagação em regiões rasas.

Como distinguir velocidade de propagação da onda de velocidade das partículas formadoras da onda? OND010113

Em nossa língua só existe uma palavra velocidade para designar duas grandezas diferentes velocidade da onda e velocidade da partícula.
Na língua inglesa existem palavras diferentes para designar estas grandezas: speed para velocidade da onda e velocity para velocidade da partícula

O que podemos entender como velocidade de escoamento?OND010114

Entendemos como velocidade de escoamento de um fluído (gás ou líquido) à velocidade do fluído em relação a um sólido que está em contacto com ele.

Exemplos:

  • velocidade do fluído no interior de uma tubulação.
  • velocidade de um corpo sólido em deslocamento no interior do fluído.

Como são classificados os escoamentos relativamente à comparação entre a velocidade de propagação de uma onda e a velocidade de escoamento? OND010115

Os escoamentos podem ser classificados em três tipos:

Escoamento

Velocidade de escoamento ( Vesc ) -- Velocidade da onda ( V )

Sub-crítico Vesc < V
Crítico Vesc = V
Super-crítico Vesc > V

Qual é o formato ideal da proa (parte da frente) de um veículo para que um deslocamento do veículo seja realizado com a resistência mínima ao avanço? OND010116

A proa do veículo deve ter em primeira aproximação uma forma que seja próxima da frente de onda que ele produz ao se deslocar.

Qual deve ser a forma da proa de um veículo projetado para realizar deslocamentos super-críticos? OND010117

A proa deve ter um formato fino de modo a se ajustar à frente de onda produzida pelo deslocamento.

Verifique este ajuste pela animação a seguir.

Exemplificando:

  • O som se propaga no ar por meio de ondas longitudinais com uma velocidade da ordem de 340m/s.
    Os aviões super-sônicos são projetados para realizarem deslocamento super-críticos e portanto eles se caracterizam pelo formato fino de suas proas.

  • Os submarinos tradicionais são projetados para deslocamento na superfície do mar e eventualmente submersos. 
    A velocidade do submarino na superfície é muito superior à velocidade das ondas gravitacionais que se formam na superfície (observem o "bigode" formado na superfície do mar), logo o deslocamento do submarino na superfície é super-crítico e portanto a sua proa deve ser fina.

Qual deve ser a forma da proa de um veículo projetado para realizar deslocamentos sub-críticos? OND010118

A proa deve ter um formato arredondado e largo, forma de bulbo, de modo a se ajustar à frente de onda produzida pelo deslocamento.

Verifique este ajuste pela animação a seguir.

Exemplificando:

  • O som se propaga no ar por meio de ondas longitudinais com uma velocidade da ordem de 340m/s.
    Os aviões sub-sônicos são projetados para realizarem deslocamento sub-críticos e portanto eles se caracterizam pelo formato de bulbo de suas proas.

  • Os submarinos movidos por energia nuclear são projetados para se deslocarem  submersos e eventualmente na superfície do mar  . 
    A velocidade do submarino submerso é muito inferior à velocidade das ondas longitudinais que se formam no interior da massa líquida, logo o deslocamento do submarino quando submerso é sub-crítico e portanto a sua proa deve ser em forma de bulbo.
    Quando um submarino está na superfície é muito fácil distinguir o atômico do tradicional, o primeiro tem proa larga e arredondada (forma de bulbo) e o segundo tem proa fina.

Qual é o motivo da ocorrência de uma fortíssima onda de choque quando um veículo realiza um deslocamento crítico? OND010119

Num deslocamento crítico a velocidade do veículo é igual a velocidade de propagação das ondas. Conseqüentemente logo à frente da proa do veículo forma-se uma superposição de ondas de choque onde há uma grande concentração de energia.

Verifique esta superposição de pondas pela animação a seguir.

Exemplificando:

  • Um avião quando rompe a barreira do som ou seja quando atinge a velocidade crítica (velocidade de propagação do som) produz uma vibração de grande potência como se fosse uma explosão que atingindo uma região habitada é capaz de produzir danos como forte impacto sobre as pessoas, quebra de vidros etc.

Qual é o motivo do avião comercial "Concorde" ter forma de proa variável? OND010120

O "Concorde" é um avião comercial projetado para viajar em velocidade super-sônica. 
Próximo dos aeroportos de origem e de destino o seu deslocamento deve ser em velocidades sub-sônicas, significando que numa viagem normal ele passa pelo menos duas vezes pela barreira do som (deslocamento crítico), provocando muito barulho, o que é proibido nas legislações de proteção ao meio ambiente. Esta troca de regime de deslocamento deve ser realizada sobre o oceano ainda bastante distante das cidades.
O "Concorde" é portanto um avião super-sônico, mas que, por força de lei é obrigado a se deslocar em velocidade sub-sônica em grandes distâncias, o que justifica o formato variável de sua proa.

Qual é o motivo da existência de proas com dois formatos nos navios mercantes modernos? OND010121

A velocidade de um navio é superior à velocidade das ondas superficiais (ondas gravitacionais) e inferior à velocidade das ondas submersas (ondas longitudinais).
Conseqüentemente o deslocamento do navio é super-crítico na superfície e sub-crítico na parte submersa, acarretando uma duplicidade de formato de proa para reduzir a resistência ao deslocamento tornando a viagem mais econômica.

O que se entende por comprimento de onda? OND010122

Comprimento de onda é a distância entre duas partículas consecutivas em mesma fase de deslocamento.
A figura mostra o comprimento de onda como a distância entre duas cristas ou entre dois cavados consecutivos.

Qual é a relação entre comprimento de onda e a velocidade de propagação da onda? OND010123

Na extremidade livre de uma corda presa pela outra extremidade, realizamos uma oscilação completa, o que ocorre num tempo igual ao período. Constatamos que durante este tempo o movimento se propagou de uma distância igual a um comprimento de onda, como mostra a figura.

Como a velocidade de propagação da onda é a razão entre a distância propagada e o tempo, o seu valor será:


Ondas