Parâmetros de onda
Então, aprendemos um pouco sobre ondas, certo? Aprendemos que as ondas se originam de vibrações, que são movimentos oscilantes em uma posição fixa. Uma vibração pode fazer com que um distúrbio viaje por um meio, transportando energia sem transportar matéria. Isso é uma onda. Mas, como falamos corretamente sobre ondas? Como os comparamos uns aos outros? Podemos medir o tamanho e a velocidade de uma onda? Como sabemos quanta energia ele carrega?
Para descobrir, precisaremos examinar os principais parâmetros das ondas : as maneiras como medimos as ondas. Aprenderemos como caracterizar uma onda por seu período, frequência, amplitude, velocidade e comprimento de onda. Assim que conhecermos a maneira correta de usar esses parâmetros, poderemos aprender mais sobre como funcionam as diferentes ondas.
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Vamos começar lembrando a aparência de uma onda. Já vimos a foto acima antes. É uma onda desenhada sobre um conjunto de eixos X e Y. Traçamos a onda em função do tempo e dissemos que a porção de uma onda entre duas cristas ou vales é chamada de ciclo de onda. A partir desta imagem, podemos ver que as ondas viajam por cristas e vales de forma periódica. Ou seja, um ciclo de onda completo sempre leva a mesma quantidade de tempo. Nesse caso, esse tempo é de exatamente dois segundos. Dois segundos são chamados de período da onda.
Período e frequência
O período é o tempo que uma onda leva para completar um ciclo. Medimos o período em segundos, e nós simbolizar com a letra maiúscula T . Você pode pensar no período como o tempo que leva para uma partícula no meio se mover para frente e para trás. Se fosse uma onda de água, todas as partículas na água estariam se movendo para cima e para baixo conforme a onda passa. O tempo que uma molécula de água leva para subir, descer e retornar à sua posição original é chamado de período.
É bom saber o período de uma onda, mas frequentemente precisamos falar sobre ondas em termos de quantas vezes os ciclos das ondas estão chegando. Em outras palavras, queremos saber a frequência de uma onda. A frequência de uma onda é o número de ciclos que são concluídos em um determinado período de tempo. O símbolo de frequência é o f minúsculo , e medimos em ciclos por segundo, que é o mesmo que a unidade hertz . Uma onda com frequência de 20 Hz completa 20 ciclos de onda a cada segundo.
Tenha cuidado para não confundir frequência com período. Este é um erro comum. Frequência e período são realmente opostos. Enquanto o período é medido em segundos por ciclo, a frequência é medida em ciclos por segundo. Considere nossa onda com um período de 2 segundos. Como a onda completa um ciclo a cada dois segundos, sua frequência é a metade ou 0,5 Hz. Então, você vê – período e frequência são recíprocos um do outro. Podemos representar sua relação com uma equação simples:
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Quanto maior for o período de uma onda, menos ciclos de onda cabem em um segundo e, portanto, menor será a frequência. Da mesma forma, uma onda com uma frequência maior teria que encaixar mais ciclos de onda a cada segundo, o que significa que o período de cada ciclo teria que ser menor. Não importa que tipo de onda você está olhando, o período e a frequência sempre serão inversamente proporcionais entre si.
Amplitude e Energia
Então, agora sabemos como medir uma onda com base em ciclos e tempo, mas e a altura de uma onda? Podemos medir o quão alto chega a crista de uma onda ou quão baixo o vale? Já mencionamos a amplitude em nossa lição anterior. É a distância entre a linha média de uma onda e sua crista ou depressão. A amplitude mede quanta energia está sendo transportada pela onda. Quanto maior a amplitude, mais energia uma onda tem.
O símbolo para amplitude é uma letra maiúscula A . Tenha cuidado para não cometer o erro de pensar que a amplitude é a distância da crista ao vale. É apenas a distância do ponto de descanso. Vejamos o exemplo de uma onda gigante de água.
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Podemos ver que as cristas atingem meio metro acima do ponto de repouso, e as depressões chegam a meio metro abaixo do ponto de repouso. Não importa se olhamos para a crista ou para a depressão. A amplitude desta onda é de 0,5 metros.
Velocidade e comprimento de onda
Se as ondas carregam energia e a energia de uma onda é ilustrada por sua amplitude, isso significa que as ondas de alta amplitude se movem mais rápido do que as ondas de baixa amplitude? Você pode ficar tentado a pensar assim. Mas, a velocidade de uma onda não tem nada a ver com a amplitude de suas cristas e depressões. A velocidade é medida pela distância que a onda viaja em um determinado período de tempo. Especificamente, é medido em metros por segundo. Já baixamos a parte ‘por segundo’. Lembre-se de que a frequência nos diz quantos ciclos são concluídos por segundo. Mas, como sabemos qual é a distância de cada ciclo completo?
A distância por ciclo de uma onda é chamada de comprimento de onda . É mais fácil encontrar o comprimento de onda medindo a distância espacial entre duas cristas de onda. Anteriormente, estávamos medindo o tempo que levava para completar um ciclo. Mas agora, estamos medindo a duração de um ciclo de onda completo. Comprimentos de onda para ondas longas podem ser medidos em metros, mas usamos nanômetros para medir o comprimento de ondas mais curtas. O caractere que simboliza o comprimento de onda é a letra grega lambda.
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Então, agora podemos descobrir a velocidade de uma onda? Certo! Temos uma medida de distância a partir do comprimento de onda da onda e temos uma medida de tempo a partir da frequência. O comprimento de onda é em metros por ciclo. A frequência é de ciclos por segundo. Então, multiplicar os dois nos dá metros por segundo. Na ciência, usamos um v minúsculo para simbolizar a velocidade porque também é chamado de velocidade. Portanto, podemos resumir nossas descobertas agora com a equação: a velocidade é igual ao comprimento de onda vezes a frequência.
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Bem, não foi tão ruim, foi? Você aprendeu cinco maneiras de descrever uma onda usando seus parâmetros de onda . O período, frequência, amplitude, velocidade e comprimento de onda são usados para distinguir e categorizar as ondas em grupos. Mais tarde, aprenderemos sobre os muitos tipos diferentes de ondas que existem e como usar esses parâmetros para entendê-los todos.
Resumo da lição
Uma onda é um distúrbio que viaja por um meio de forma periódica, carregando energia sem transportar matéria. As ondas são descritas e medidas por cinco parâmetros de onda: o período, a frequência, a amplitude, o comprimento de onda e a velocidade. O período de uma onda é o tempo que leva para completar um ciclo. A frequência é exatamente o oposto; é o número de ciclos de onda que são concluídos em um segundo. Amplitude e comprimento de onda são medidas de distância. A amplitude mede a altura da crista da onda a partir da linha média. O comprimento de onda mede a distância horizontal entre os ciclos. A velocidade da onda é encontrada multiplicando o comprimento de onda e a frequência. Aprendendo os cinco principais parâmetros de onda, podemos aprender sobre as ondas mais facilmente e categorizá-las com base em suas características.
Resultados de Aprendizagem
Após esta lição, você será capaz de:
- Descreva cada um dos cinco parâmetros de onda: período, frequência, amplitude, comprimento de onda e velocidade
- Explique como encontrar cada um dos cinco parâmetros e identificar seus símbolos
- Forneça uma equação para encontrar a velocidade da onda