Fundamentos de Física, Volume 2: Gravitação, Ondas e Termodinâmica
Ondas Transversais e Longitudinais
Figura 16-1 (a) Produção de um pulso isolado em uma corda. Com a passagem do pulso, um elemento típico da corda (indicado por um ponto) se desloca para cima e depois para baixo. Como o movimento do elemento é per? pendicular à direção de propagação da onda, dizemos que o pulso é uma onda transversal. (b) Produção de uma onda senoidal. Um ele? mento típico da corda se move repetidamente para cima e para baixo. Essa também é uma onda transversal.
Ondas Transversais e Longitudinais Uma onda em uma corda esticada é a mais simples das ondas mecânicas. Quando damos uma sacudidela na ponta de uma corda esticada, um pulso se propaga ao longo da corda. O pulso é formado porque a corda está sob tração. Quando puxamos a ponta da corda para cima, a ponta puxa para cima a parte vizinha da corda por causa da tração que existe entre as duas partes. Quando a parte vizinha se move para cima, ela puxa para cima a parte seguinte da corda e assim por diante. Enquanto isso, puxamos para baixo a extremidade da corda, o que faz com que as partes da corda que estão se deslocando para cima sejam puxadas de volta para baixo pelas partes vizinhas, que já se encontram em movimento descendente. O resultado geral é que a distorção da forma da corda
(um pulso, como na Fig. 16-1a) se propaga ao longo da corda com uma velocidade .
Quando movemos a mão para cima e para baixo continuamente, executando
um movimento harmônico simples, uma onda contínua se propaga ao longo da corda com velocidade . Como o movimento da mão é uma função senoidal do
tempo, a onda tem forma senoidal, como na Fig. 16-1b.
Vamos considerar apenas o caso de uma corda “ideal”, na qual não existem
forças de atrito para reduzir a amplitude da onda enquanto está se propagando. Além disso, vamos supor que a corda é tão comprida que não é preciso considerar o retorno da onda depois de atingir a outra extremidade.
Figura 16-2 Uma onda sonora é produzida movendo um êmbolo para a frente e para trás em um tubo com ar. Como as oscilações de um elemento de ar (representado pelo ponto) são paralelas à direção de propagação da onda, ela é uma onda longitudinal.
Um modo de estudar as ondas da Fig. 16-1 é examinar a forma de onda, ou
seja, a forma assumida pela corda em um dado instante. Outro modo consiste em observar o movimento de um elemento da corda enquanto oscila para cima e para baixo por causa da passagem da onda. Usando o segundo método, constatamos que o deslocamento dos elementos da corda é perpendicular à
direção de propagação da onda, como mostra a Fig. 16-1b. Esse movimento é chamado de transversal, e dizemos que a onda que se propaga em uma corda é uma onda transversal.
Ondas Longitudinais. A Fig. 16-2 mostra como uma onda sonora pode ser
produzida por um êmbolo em um tubo com ar. Quando deslocamos o êmbolo bruscamente para a direita e depois para a esquerda, produzimos um pulso sonoro que se propaga ao longo do tubo. O movimento do êmbolo para a direita empurra as moléculas de ar para a direita, aumentando a pressão do ar nessa região. O aumento da pressão do ar empurra as moléculas vizinhas para a direita, e assim por diante. O movimento do êmbolo para a esquerda reduz a pressão do ar nessa região. A redução da pressão do ar puxa as moléculas vizinhas para a esquerda, e assim por diante. O movimento do ar e as variações da pressão do ar se propagam para a direita ao longo do tubo na forma de um pulso.