Velocidade e comprimento de onda

O que é uma onda?

Para que se aprenda como calcular a velocidade e o comprimento de onda, é necessário primeiramente que se entenda o que é uma onda. Uma onda é um fenômeno mecânico que pode ser definido como um movimento causado por uma perturbação que se propaga por um meio, sem causar o deslocamento deste meio. As ondas podem ser diferenciadas em duas formas, a depender do meio onde se propagam, podendo ser classificadas como ondas mecânicas ou ondas eletromagnéticas.

As ondas mecânicas são as ondas que necessitam de uma meio material a fim de propagar. São ondas cinéticas que dependem da elasticidade do meio em que se propagam. Como exemplo destas, temos as ondas que acontecem nas molas, nas cordas ou aquelas causadas na superfície da água, quando atiramos uma pedra na superfície de um lago, por exemplo.

Já as ondas eletromagnéticas são causadas pelas cargas elétricas oscilantes. Isto significa que elas não dependem do meio em que se propagam para acontecer, podendo ou não existir em meios materiais ou mesmo no vácuo. Como acontece com ondas de rádio, micro-ondas e com os raios-x, por exemplo.

Além disso, as ondas podem ser classificadas também de acordo com a sua direção de propagação e também pela direção de sua vibração. De acordo com a sua direção de sua propagação, elas podem ser classificadas como:

Ondas unidimensionais – a exemplo das ondas em um barbante, um elástico ou uma mola.

Ondas Bidimensionais – a exemplo das ondas em uma superfície, como as ondas causadas na superfície de algum líquido.

Ondas tridimensionais – a exemplo da luz e som que se propagam em todas as direções.

De acordo com a direção de sua vibração, as ondas podem ser divididas como ondas transversais e longitudinais. As diferenças entre elas são:

Ondas transversais: são aquelas ondas causadas por vibrações que são perpendiculares a propagação da onda.

Ondas longitudinais: são aquelas causadas por vibrações que tem a mesma direção da propagação da onda.

Posto isso, podemos apresentar os elementos que constituem uma onda, para que possamos aprender a calcular a velocidade e o comprimento de onda. Os elementos que constituem uma onda são: o vale, a crista e a amplitude de onda.

Vales: são os pontos mais baixos de uma onda.

Cristas: são os pontos mais altos de uma onda.

Amplitude de onda: é a distância entre o ponto mais elevado de uma onda (a crista) ou o ponto mais abaixo dela (o vale) até o ponto de concordância de fase. Em uma corda em ondulação por exemplo, seria a distância de um vale ou uma crista desta onda até o ponto de repouso da corda, por exemplo.

Como calcular a velocidade e o comprimento de onda?

Apresentados todos estes conceitos, podemos aprender agora como fazer o cálculo da velocidade e comprimento da onda.

O comprimento de onda é mais simples. Ele é determinado pela distância total do comprimento de um vale de onda e uma crista de onda. Também é possível dizer que o comprimento de uma onda é a distância entre dois pontos da onda em concordância de fase. Assim sendo, de maneira simplificada, podemos dizer que o comprimento de onda pode ser calculado pela distância entre duas cristas consecutivas ou dois vales seguidos de uma determinada onda. O comprimento de onda é representado pela letra grega lambda (λ).

Já para o cálculo da velocidade de uma onda é necessário primeiro que saibamos como calcular a frequência. A frequência de uma onda (f) é o número de vales ou cristas que passam por um determinado ponto em uma unidade de tempo. Já o período de onda (T) é o tempo decorrido até que duas cristas ou dois vales passem por um mesmo ponto. Sendo assim, a expressão que calcula a frequência de uma onda pode ser expressa pela relação destas duas medidas: f = 1/T. A unidade de medida internacional utilizada para a frequência é o Hertz (Hz), sendo que 1Hz equivale à passagem de um vale ou de uma crista por um determinado ponto no período de 1 segundo.

Agora podemos chegar a expressão que calcula a velocidade de uma onda, através da expressão que calcula seu deslocamento. Como as ondas não realizam transporte de matéria em seu movimento, é possível considerar que a velocidade de uma onda é constante. Sendo assim, a expressão utilizada para calcular deslocamento é a mesma válida para qualquer movimento uniforme (ΔS = v.Δt). Como já conhecemos os elementos que constituem uma onda, podemos considerar que ΔS= λ e Δt = T. Dessa forma, podemos colocar a expressão ΔS = v.Δt na forma de λ = v.T. A partir desta fórmula, podemos chegar à conclusão de que se λ = v.T e T = 1/f, então λ = v.1/f e v = λ.f, sendo está a equação fundamental da ondulatória, válida para todos os tipos de onda.