Som: estudo das características de ondas com recurso a animações

Este é mais um post dedicado ao estudo do som e das ondas. Recomendo que consulte aqui os outros.

A campainha da figura ao lado está dentro de uma campânula de vidro. Pressione o botão verde para activar a campainha e novamente para remover o ar da campânula. Observe o que sucede à medida que o vácuo é criado. Os círculos azuis representam as ondas sonoras.
Quando se percute um címbalo, este vibra. Esta vibração propaga-se para as moléculas do ar e está criada uma onda sonora. Tal pode ser observado na imagem à direita. Para saber mais, recomendo este post: O que é uma onda?

Agora é fácil perceber por que razão o som não pode viajar no vácuo. Se não há moléculas para vibrar, não pode haver som. O som só pode viajar num meio material. Pode atravessar sólidos, viajar pelo ar e pela água e outros líquidos. Diz-se que esta é uma onda mecânica.

Por outro lado, a luz, a onda luminosa não é formada por partículas a vibrar, mas é formada por campos eléctricos e magnéticos oscilantes, podendo existir no vácuo: é uma onda electromagnética.

Outra forma de classificação das ondas é quanto à relação entre a direcção de propagação da onda e a direcção com que vibram as partículas do meio (ou as propriedades electromagnéticas do mesmo). Para saber mais, recomendo este post: O que é uma onda?

Com as duas animações interactivas seguintes, pode criar ondas transversais e longitudinais. Leia as instruções de cada uma (recomendo que não movimente o rato com muita rapidez).

As quatro animações anteriores foram retiradas daqui.

Mas como caracterizar pormenorizadamente uma onda?

Para isso temos que utilizar números, claro. Precisamos de quantificar certas características, que passo a definir:

Amplitude (A) - Distância entre o ponto de equilíbrio da onda e o ponto de desvio máximo relativamente a ele.

Período (T) - Característica essencial que caracteriza uma onda. Geralmente define-se pelo tempo que um ciclo demora a ser percorrido. Ou, de outra forma, é o tempo necessário para que as características da onda se repitam. A sua unidade SI é o segundo (s).

Frequência (f) - Esta grandeza corresponde ao número de vezes que um ciclo é percorrido por unidade de tempo e em unidades SI vem em s^-1 ou Hz (em homenagem ao Físico Heirich Hertz). É dada pela expressão   .

Comprimento de Onda () - É a distância que um ciclo tem no espaço. Ou, de outra forma, é a distância entre dois pontos consecutivos e equivalentes de uma onda. A sua unidade SI é o metro (m).

Na figura ao lado (encontrada aqui) podemos ver representadas cada uma destas características. É importante reparar na diferença entre os dois eixos horizontais. No gráfico superior o eixo horizontal mede tempo, pelo que a distância entre picos é o período. No gráfico inferior o eixo horizontal mede deslocamento, pelo que a distância entre picos é o comprimento de onda.

 

As duas animações interactivas seguintes permitem-lhe modificar (arrastando os pontos verdes) as características de uma onda. Encontradas aqui.

Finalmente, a velocidade (ou rapidez) com que uma onda se propaga (v) define-se como a rapidez à qual um ponto, caracterizado por uma determinada fase, se desloca no espaço. Pode ser calculada pelas expressões     ou   .  A sua unidade SI é o metro/segundo (m/s).

Por exemplo, na animação à direita (encontrada aqui), se dividir a distância entre picos consecutivos pelo tempo necessário para que estes picos desapareçam da animação, pode calcular facilmente a velocidade da onda representada.

E depois de isto ser tudo lido e experimentado com muita atenção, que tal um Quiz para testar os conhecimentos adquiridos? Pois é o que aparecerá aqui em breve. Prepare-se.