O que acontece quando o pulso atinge a outra extremidade da corda?

Em uma onda, de modo semelhante ao que acontece com a luz, também pode haver reflexão. A reflexão acontece quando uma onda que se propaga em um meio encontra um obstáculo, que separa esses dois meios, e retorna ao mesmo meio de propagação. A reflexão pode ocorrer total ou parcialmente.

Vamos imaginar uma corda esticada e fixada em uma parede, como mostra a figura abaixo. Ao sacudir a corda na extremidade livre, produz-se um pulso de onda para cima com direção à parede. Quando a onda (pulso) atinge a parede (P) ela é refletida com o pulso invertido, ocorrendo então o que chamamos de inversão de fase.

Essa inversão acontece com base na terceira lei de Newton, ação e reação. A onda atinge a parede com uma força (F), com a finalidade de produzir um deslocamento para cima, então a parede reage com uma força (-F) de mesma intensidade, mas com sentido contrário sobre a corda surgindo, dessa forma, um pulso invertido.

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Suponha que uma corda esticada esteja presa a um anel que pode se mover livremente para cima e para baixo. Ao sacudirmos a extremidade livre, produz-se então um pulso de onda para cima em direção a P. Quando a onda atingir o ponto P, ela produzirá uma elevação no anel, que logo sofrerá uma queda provocando a onda refletida sem inversão de fase, como mostra a figura abaixo.

Portanto, podemos dizer que quando temos uma corda esticada e presa a uma extremidade rígida há reflexão com inversão de fase. Para uma corda presa em uma extremidade móvel há reflexão sem inversão de fase.

Aproveite para conferir as nossas videoaulas relacionadas ao assunto:

Os fenômenos ondulatórios são mais comuns do que percebemos. Eles estão presentes quando conversamos uns com os outros, quando enxergamos os objetos e as pessoas que nos rodeiam e também quando ligamos o rádio para ouvir uma musica.

O principal objeto de estudo da ondulatória são as ondas. Através delas, energia pode ser transmitida por longas distâncias e a grande velocidade. A energia da luz solar é um exemplo disso. Vamos falar um pouco dos principais fundamentos que envolvem a propagação e a natureza das ondas.

Definição de onda e a sua propriedade

Para entendermos a definição de onda e a sua propriedade, considere uma experiência muito simples:

Imagine uma corda esticada. Em uma das suas extremidades, faz-se um único movimento de subida e descida. Considere também um ponto mais à frente nessa mesma corda, onde é marcado um X. Num tempo posterior ao da vibração na extremidade da corda, esse ponto X irá oscilar também, como se vê na figura abaixo:

Observe que, quando a onda passa pelo ponto X, ele oscila transversalmente e, após a passagem da onda, ele se encontra no mesmo local que estava antes. Tal situação não é exclusividade do exemplo acima. Pense na folha de uma árvore que está flutuando em um lago. Se produzirmos algumas oscilações na água, as ondas produzidas passarão pela folha fazendo-a oscilar sem tirá-la do lugar.

Em síntese, podemos concluir que uma onda é uma perturbação que se propaga em um meio físico, transportando energia, mas sem transportar matéria.

A natureza das ondas

Na natureza, observamos as ondas se manifestando de diferentes modos, mas todas elas têm algo em comum: transportam energia sem transportar matéria. Uma dessas diferenças é a natureza das ondas.

Sabemos que o som é uma onda que não se propaga no vácuo, enquanto a luz, que também tem característica ondulatória, pode se propagar no vácuo e em outros meios. Esse diferente comportamento dessas duas ondas nos mostra que elas possuem naturezas diferentes.

Para poder se propagar, o som necessita de um meio material. Para nós, esse meio é o ar. Tal comportamento não é uma exclusividade do som. As ondas na água precisam da água, assim como as ondas em uma mola precisam da mola. Ondas que precisam de um meio material para se propagar são classificadas como ondas mecânicas.

A luz, como já foi mencionada, não precisa da obrigatoriedade de um meio material para se propagar, pois ela se propaga no vácuo. Tal propriedade não é uma exclusividade dessa onda. Os raios X, a radiação infravermelha, os sinais de rádio e TV assim como outros também se comportam dessa maneira. Ondas que podem se propagar no vácuo são classificadas como ondas eletromagnéticas.

Modo de vibração

Outra diferença que pode ocorrer entre as ondas vem do seu modo de vibração. Dependendo do meio de propagação ou da fonte da onda, as ondas podem se propagar de maneira transversal, longitudinal ou mista.

a) Ondas transversais

Uma onda transversal ocorre quando temos a vibração da onda perpendicular a sua propagação. Por exemplo, se tivermos uma onda transversal se propagando horizontalmente em uma corda, as vibrações por onde ela passa serão verticais de modo que a vibração e propagação farão entre si uma ângulo de noventa graus.

Podemos citar como exemplo de ondas que vibram desse modo as ondas eletromagnéticas, como a luz.

b) Ondas longitudinais

As ondas longitudinais são aquelas em que a vibração e a propagação ocorrem na mesma direção. Vamos tomar como exemplo uma mola. Quando provocamos uma compressão em uma das suas extremidades isso provocará um pulso cuja vibração será na mesma direção da sua propagação. O exemplo mais comum de ondas que vibram assim são as ondas sonoras

c) Ondas mistas

Como vimos, as ondas podem vibrar de maneira transversal ou longitudinal, mas existem ondas em que esses dois modos de vibrações podem ocorrer simultaneamente. Ondas responsáveis por esse tipo de vibração são chamadas de ondas mistas. O exemplo mais comum desse tipo são aquelas que se propagam na superfície de um líquido. Um objeto que está flutuando sobre a água e fica sujeito a passagem de algumas ondas vibrará de maneira transversal e longitudinal ao mesmo tempo.

O estudo matemático das ondas

O estudo matemático das ondas consiste na identificação e no cálculo de algumas grandezas físicas. Dessas grandezas, é importante saber identificar a amplitude e o comprimento de onda e também determinar a sua velocidade de propagação.

a) Amplitude de oscilação

A amplitude de oscilação de uma onda é a distância máxima entre o ponto de vibração da onda e o seu eixo de equilíbrio. Veja a figura abaixo:

Os pontos de maior distância acima do eixo são chamados de cristas enquanto que os de maior distância abaixo do eixo são chamados de vales ou depressões. A amplitude de uma onda está ligada diretamente à sua intensidade.

b) Comprimento de onda

O comprimento de onda é a distância que ela percorre durante um período. O período de uma onda é o intervalo de tempo necessário para que ela complete uma oscilação. Por isso é comum determinarmos o comprimento de uma onda medindo a distância entre duas cristas consecutivas ou dois vales consecutivos.

c) Velocidade de propagação das ondas

As ondas se propagam com uma velocidade, que pode ser determinada se soubermos o comprimento da onda e o seu período ou frequência de oscilação.

Se a onda se propaga em um meio homogêneo e não absorvedor de energia, sua velocidade e amplitude serão constantes. Isso quer dizer que a onda executa um movimento uniforme.

Se a onda executa um movimento uniforme, podemos determinar a sua velocidade com a equação da velocidade média. Se considerarmos o deslocamento escalar da onda como o seu comprimento e o tempo para ela percorrer esse mesmo comprimento como sendo o período de oscilação, chegaremos a uma equação que determina a velocidade de propagação da onda. O procedimento está detalhado no quadro que segue:

O que acontece com um pulso quando ele é refletido em uma corda com extremidade fixa?

Quando um pulso passa pela junção de uma corda?

O que acontece quando uma onda que se propaga em uma corda atinge uma extremidade fixa da corda presa a uma parede perfeitamente rígida?

O que ocorre quando um pulso passa de uma corda menos densa para uma mais densa?