Fenômenos Ondulatórios

Fenômenos Ondulatórios

1. Reflexão

   • Ocorrerá reflexão sempre que uma onda atingir determinada superfície e voltar a propagar-se no meio de origem. A onda refletida manterá a velocidade, frequência e comprimento de onda iguais aos da onda incidente.
   • Reflexão de Ondas transversais em cordas
     • Em extremidade fixa
       • Se uma onda, propagando-se ao longo de uma corda, incide sobre uma de suas extremidades, ela será refletida. Quando o pulso chega a um extremo fixo, impossibilitado de oscilar, observa-se que o pulso refletido tem orientação oposta à do pulso incidente: dizemos que o pulso refletiu com inversão de fase. Pois quando a extremidade é fixa, reage sobre a corda com uma força F de mesmo módulo da força exercida pela corda sobre ela.
     • Em extremidade livre
       • Já no caso de extremidade livre, não há troca de forças entre ela e a corda, ocorrendo, assim, uma reflexão sem inversão de fase.
   • Reflexão de ondas que se propagam na superfície de líquidos
     • Ocorrem em pulsos circulares ou em pulsos retos. A frente de onda corresponde à circunferência ou ao segmento de reta mais afastado da fonte.. Aplica-se as leis da reflexão.

2. Refração

   • Ocorre refração quando a onda muda seu meio de propagação. A luz do Sol, por exemplo, vem da estrela através do vácuo e sofre refração ao entrar na atmosfera terrestre. Na refração, a velocidade de propagação da onda será alterada, pois a mudança de meio gera mudança no comprimento de onda. A frequência das ondas, por depender da fonte geradora, não é alterada na refração.
   • Reflexão e Refração de ondas transversais em cordas
     • Considere duas cordas de densidades lineares diferentes (uma corda grossa e outra corda fina) emendadas,Quando um pulso, propagando-se na corda mais fina, incide na junção com a corda mais grossa, parte da energia do pulso incidente é refratada e outra parte é refletida.O pulso refratado (ou transmitido) tem a mesma orientação do pulso incidente e o pulso refletido possui fase oposta. Quando o fenômeno ocorre com a onda propagando-se da corda mais grossa para a corda mais fina, observa-se que o pulso refratado e o refletido possuem a mesma fase do pulso incidente.

3. Difração

   • O fenômeno chamado difração é o encurvamento sofrido pelos raios de onda quando esta encontra obstáculos à propagação.
   • Interferência em películas delgadas
     • A separação dos canais RGB (vermelho, verde e azul) na fotografia de uma película de sabão (em Forma de cunha, devido à inclinação do copo) mostra franjas de interferência para diferentes comprimento de onda do espectro visível. Para os comprimentos de onda mais curtos, as franjas de igual espessura (escuras) na película estão mais próximas. Percebe-se também a origem das cores de interferência com iluminação de luz branca: nas faixas onde há interferência destrutiva de uma cor primária, o filme apresenta a cor complementar desse comprimento de onda: amarelo para o azul, magenta para o verde, e ciano para o vermelho.

4. Superposição de Pulsos em Cordas

   • A superposição, também chamada interferência em alguns casos, é o fenômeno que ocorre quando duas ou mais ondas se encontram, gerando uma onda resultante igual à soma algébrica das perturbações de cada onda.
   • Pulsos em Fase
     • No momento em que os pulsos se encontram, suas elongações em cada ponto da corda se somam algebricamente, sendo sua amplitude (elongação máxima) a soma das duas amplitudes. Após este encontro, cada um segue na sua direção inicial, com suas características iniciais conservadas. Este tipo de superposição é chamado interferência construtiva, já que a superposição faz com que a amplitude seja momentaneamente aumentada em módulo. 
     • A = A1 + A2 x = x1 + x2 
   • Caso Particular
     • Quando A = A1 = A2 e estando em oposição de fase, no momento em que se encontrarem a deformação da corda desaparece mas volta a aparecer de acordo com o princípio da independência da propagação ondulatória.
   • Pulsos em oposição de fase
     • Ao se encontrarem as ondas, suas amplitudes serão somadas, mas podemos observar que o sentido da onda A2 de amplitude é negativo em relação ao eixo vertical, portanto A2<0. Logo, o pulso resultante terá amplitude igual a diferença entre as duas amplitudes.Sendo que o sinal negativo está ligado à amplitude e elongação da onda no sentido negativo. Após o encontro, cada um segue na sua direção inicial, com suas características iniciais conservadas. Este tipo de superposição é chamado interferência destrutiva, já que a superposição faz com que a amplitude seja momentaneamente reduzida em módulo.
     • A = A1 - A2 x = x1 - x2

5. Superposição de ondas periódicas

   • A superposição de duas ondas periódicas ocorre de maneira análoga à superposição de pulsos. Causando uma onda resultante, com pontos de elongação equivalentes à soma algébrica dos pontos das ondas sobrepostas.
   • Batimentos
     • Ocorre quando duas ondas periódicas de frequência diferente e mesma amplitude são sobrepostas, resultando em uma onda com variadas amplitudes dependentes do soma de amplitudes em cada crista resultante.
   • Ondas Estacionárias
     • É o fenômeno que ocorre quando são sobrepostas duas ondas com mesma frequência, velocidade e comprimento de onda, na mesma direção, mas em sentidos opostos.

6. Ressonância

   • É o fenômeno que acontece quando um sistema físico recebe energia por meio de excitações de frequência igual a uma de suas frequências naturais de vibração. Assim, o sistema físico passa a vibrar com amplitudes cada vez maiores.

7. Interferência de ondas bidimensionais e tridimensionais

   • Imagine duas ondas bidimensionais circulares, geradas respectivamente por uma fonte F1 e F2, com, amplitudes e frequências iguais, e em concordância de fase. Os círculos preenchidos representam pontos de interferência construtiva, ou seja, onde a amplitude das ondas é somada. Os círculos em branco representam pontos de interferência destrutiva, ou seja, onde a amplitude é subtraída.
   • Condição de interferência construtiva
     • d2 - d1 = (2n) . Comprimento de onda/2
   • Condição de interferência destrutiva
     • d2 - d1 = (2n + 1) . comprimento de onda/ 2

8. Princípio de Huygens

   • Christian Huygens (1629-1695), no final do século XVII, propôs um método de representação de frentes de onda, onde cada ponto de uma frente de onda se comporta como uma nova fonte de ondas elementares, que se propagam para além da região já atingida pela onda original e com a mesma frequência que ela. Esta ideia é conhecida como Princípio de Huygens. Para um considerado instante, cada ponto da frente de onda comporta-se como fonte das ondas elementares de Huygens. A partir deste princípio, é possível concluir que, em um meio homogêneo e com as mesmas características físicas em toda sua extensão, a frente de onda se desloca mantendo sua forma, desde que não haja obstáculos.