Exemplo De Onda Longitudinal

Onda longitudinal na prática

Todo mundo já ouviu o som de uma linha, mas pouca gente consegue descrever o que acontece dentro dessa propagação. O que eu vejo nas minhas aulas de física é que o pessoal sempre confunde onda longitudinal com onda transversal porque as animações dos livros didáticos parecem as duas coisas mas funcionam de formas completamente distintas. Você precisa de uma mola spring e um fio. Pede pra alguém segurar uma ponta da mola presa na parede ou na mesa e fica com a outra. O que acontece quando você empurra e puxa a mola na direção do comprimento dela? Os espiremas se juntam em alguns trechos e se afastam em outros. Isso aí é exatamente uma onda longitudinal. Os espiremas representam compressões onde o meio está mais denso. Os espaços maiores entre eles são as rarefações. Eu já tentei explicar isso em laboratório usando tubos de PVC e grânulos de milho. A galera achava que era uma brincadeira mas serviu pra visualizar a diferença real entre compressão e rarefação. Quando você bate num extremo do tubo com um martelo de borracha, os grânulos se movem para frente e para trás na mesma direção da propagação. Não sobem e não descem. O movimento é puramente paralelo.

O que a maioria não entende de cara é que velocidade de propagação depende do meio. Som no ar a cerca de 343 metros por segundo a 20 graus Celsius. Na água vai pra 1.480 metros por segundo. No aço chega a 5.100 metros por segundo. Isso acontece porque a rigidez e a densidade do material definem quão rápido a perturbação passa de uma partícula pra outra. Tem um detalhe que nunca mencionam nos manuais. Comprimento de onda não é a distância entre dois picos numa onda sonora como todo mundo desenha. É a distância entre duas compressões consecutivas ou duas rarefações consecutivas. A fórmula permanece a mesma lambda equals v over f. A diferença é que não existe cresta nem vale. Existe zona de alta pressão e zona de baixa pressão. Outro erro comum é achar que o meio viaja junto com a onda. Partículas do ar só oscilam em torno da posição de equilíbrio. Elas não vão de um ponto a outro. O que se propaga é a perturbação. Você pode testar isso segurando uma vela alicerçada perto da mola quando ela for comprimida. A chama balança mas o ar não sopra.

Limitações importantes. Onda longitudinal perde energia rapidinho em meios gasosos por causa do atrito interno. Quanto mais quente o gás, mais rápido a atenuação. Se você tentar medir a frequência exata de uma onda sonora numa sala sem tratamento acústico, as reflexões nas paredes vão distorcer completamente o resultado. O ideal é usar tubo de Kundt ou pelo menos gravar em campo livre com microfone a uma distância razoável da fonte. Uma aplicação prática que quase ninguém menciona. Sonar usa ondas longitudinais na água porque elas viajam muito mais longe do que ondas eletromagnéticas nesse meio. submarinos dependem disso há décadas. A desvantagem é que resolução diminui com a profundidade e a temperatura da água varia constantemente, então o operador precisa corrigir o índice de refração o tempo todo. Se você quer ver isso acontecendo sem material, pega um cano de papel higiênico vazio, tamp uma extremidade com o dedo e sopra na outra. O ar entra comprimido e sai em pulsos. O som que sai não é contínuo. É uma sequência de compressões e rarefações. É basicamente o mesmo princípio de qualquer instrumento de sopro ou do seu próprio trato vocal quando fala.

A diferença entre impedance acústico e impedância mecânica também costuma confundir muita gente. Impedância acústica é densidade vezes velocidade do som. Quando duas camadas têm impedâncias bem diferentes, parte da energia reflete. É por isso que ecografias usam gel. O ar entre a pele e o transdutor bloquearia quase tudo porque a impedância do ar é milhares de vezes menor do que a do tecido humano. Se o assunto é medição caseira, o método mais seguro é usar um frequencímetro barato e um tubo ressonante. Fecha uma ponta e abre a outra. Afasta uma haste sintonizada até encontrar o primeiro pico de volume. A partir daí calcula lambda equals four times L. Não precisa de equipamento caro. Só precisão com a medição do comprimento. Fica a lembrança. Onda longitudinal existe em sólidos, líquidos e gases. Em sólidos ela pode ser tanto longitudinal quanto transversal ao mesmo tempo, mas em fluidos só longitudinal mesmo porque fluido não suporta tensão de cisalhamento estática. Então se alguma explicação diz que som no aço é sempre longitudinal, tá errado. Tem sim componente transversal também.