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Ondas e som

O que é uma onda, como comprimento de onda, frequência e velocidade se relacionam, como o som se propaga, como as ondas se somam, por que cordas e tubos emitem notas específicas e o espectro eletromagnético. No laboratório de ondas, você vê cordas, molas, som em um tubo, cubas de ondas e ondas estacionárias, calculados com as mesmas fórmulas usadas nas aulas.

Progresso

Sobre este curso

Uma onda transporta energia sem transportar o material. Numa corda, um pedaço sobe e desce enquanto a onda segue para a direita, em ângulo reto com a direção de propagação. Numa mola, as espiras se movem na direção da propagação e se agrupam em compressões. O curso parte dessa imagem para comprimento de onda, frequência e velocidade, que se encaixam como v = fλ. No laboratório de ondas, uma corda de 6 m carrega uma onda, e se você dobrar f, o comprimento de onda precisa cair pela metade para manter a velocidade fixa.

As seis unidades são o que é uma onda, comprimento de onda, frequência e velocidade, som, interferência e difração, ondas estacionárias e instrumentos musicais, e o espectro eletromagnético. O som anda mais rápido em líquidos e sólidos do que no ar porque eles são muito mais difíceis de comprimir. Se você bate palmas diante de um penhasco e ouve o eco 2.0 s depois, com o som a 343 m/s, dá para calcular a que distância ele está. Fones com cancelamento de ruído escutam o ruído que chega e tocam uma onda com os altos e baixos invertidos. A OpenStax 27.3 observa que o experimento da dupla fenda de Young, de 1801, levou à aceitação do caráter ondulatório da luz. O laboratório desenha cordas, molas, som num tubo, cubas de ondulação e ondas estacionárias a partir das mesmas fórmulas usadas nas lições.

A última unidade dá números ao espectro. Um forno de micro-ondas funciona a 2.45 GHz, então suas ondas têm cerca de 12 cm, e a luz de um laser vermelho de 633 nm é cerca de 190 000 vezes mais curta. Uma frequência maior significa mais energia por fóton, mas a penetração depende do material e do comprimento de onda. Raios X podem atravessar tecidos moles, enquanto o UV absorvido pela pele pode danificá-la.

Antes de começar

Quase todo este curso volta a uma só relação: a velocidade é igual à frequência vezes o comprimento de onda. Se você sabe isolar uma variável numa fórmula simples, como se pratica em Equações do primeiro grau, está pronto. A última unidade usa potências de dez para ondas de rádio e de luz, então vale uma revisão rápida de notação científica.

Ao terminar

Você vai conseguir achar a amplitude, o período e a velocidade de uma onda a partir de um esboço, estimar a que distância caiu um raio pelo intervalo antes do trovão e explicar por que os astronautas não ouvem um grito no espaço. Também vai prever o que acontece quando uma crista encontra um vale, calcular o comprimento de onda de um sinal FM de 100 MHz e explicar por que um tubo ou uma corda soam em notas fixas.

  1. 1O que é uma onda?Longe da costa, uma gaivota sobe e desce a cada onda que passa, mas não viaja com ela.
  2. 2Comprimento de onda, frequência e velocidadeCristas de ondas do mar separadas por 10 m, que fazem uma gaivota subir uma vez a cada 5 s, avançam a 2 m/s.
  3. 3SomO som percorre cerca de 343 metros por segundo no ar a 20 °C. Por isso, ouvir o trovão 3 segundos depois do clarão indica que o raio caiu a cerca de 1 km de distância.
  4. 4Interferência e difraçãoFones com cancelamento de ruído produzem um segundo som, exatamente oposto ao ruído. Somados, os dois chegam perto do silêncio.
  5. 5Ondas estacionárias e instrumentos musicaisUm tubo fechado em uma extremidade, com 67.2 cm de comprimento, soa a 128 Hz em um dia de 22 °C, um pouco abaixo da nota C uma oitava abaixo do C central (130.8 Hz).
  6. 6O espectro eletromagnéticoUm forno de micro-ondas funciona a 2.45 GHz, então suas ondas medem cerca de 12 cm; a luz vermelha de um laser tem 633 nm, cerca de 190 000 vezes mais curta.

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  • Movimento
    Posição, rapidez, velocidade e aceleração, seguidas da queda e do lançamento de objetos. No laboratório de movimento, você lança uma bola na Terra, na Lua ou em Marte e vê o tempo, a altura e o alcance serem calculados.
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    Sombras e propagação retilínea da luz, espelhos, refração e reflexão interna total, lentes e o olho, cores e prismas, além da longa busca para medir a velocidade da luz. No laboratório de ondas, você acompanha raios através de vidro, água e lentes, traçados com a lei de Snell e a equação das lentes delgadas.
Fontes deste curso (11)
  • OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 16.9 Waves (disturbance that propagates, gull example λ 10.0 m, T 5.00 s, v = 2.00 m/s, transverse and longitudinal, amplitude independent of speed)
  • 16.10 Superposition and Interference (constructive, destructive, standing waves, f1 = v/2L, beats fB = |f1 − f2|, 256 Hz fork with 2 beats -> 254 or 258 Hz)
  • 17.2 Speed of Sound (Table 17.1: air 331 m/s at 0 °C, helium 965, fresh water 1480, sea water 1540, steel 5960, vulcanized rubber 54; v = 331 m/s × √(T/273 K); 343 m/s at 20 °C; audible range 20 to 20 000 Hz; P-waves 4 to 7 km/s, S-waves 2 to 5 km/s; Oldham and Lehmann)
  • 17.3 Sound Intensity (I0 = 10⁻¹² W/m², Table 17.2, factor 10 = 10 dB, factor 2 = 3 dB, 85 dB for 8 h footnote, bel named for Bell)
  • 17.5 Sound Interference and Resonance (noise-cancelling headphones 30 dB or more, closed tube λ = 4L and f_n = n v/4L with n odd, open tube f_n = n v/2L, 128 Hz tube at 22 °C = 0.672 m, ninth harmonic 1.15 kHz, trumpet vs clarinet overtones)
  • 24.1 (Maxwell; Hertz from 1887)
  • 24.3 The Electromagnetic Spectrum (c = fλ, Table 24.1, three rules of thumb, AM 540 to 1600 kHz, FM 88 to 108 MHz, microwave oven 2.45 GHz, visible 400 to 750 nm, UV 400 to about 10 nm, UV-A 320 to 400, UV-B 290 to 320, UV-C 220 to 290 nm, 99% of surface UV is UV-A, X-rays below 0.01 nm)
  • 27.3 Young's Double Slit (1801, d sin θ = mλ, 0.0100 mm and 633 nm example)
  • NASA science.nasa.gov/ems (Introduction, Visible Light: 380 to 700 nm; atmospheric windows)
  • NIST, c = 299 792 458 m/s exact (nist.gov/si-redefinition/meter)
  • ISO 16:1975 (A = 440 Hz, iso.org/standard/3601.html).

Data de verificação: 2026-10-17