Reflexão de uma onda

A reflexão de uma onda acontece sempre que ela encontra um obstáculo. Quando isso ocorre, a onda incidente sofre reflexão, o que origina a onda refletida.

Para analisarmos a reflexão das ondas é necessário sabermos sua definição.
Ondas são causadas por perturbações que se propagam no espaço ou em qualquer meio, por exemplo, na água.
Elas são responsáveis por transferir energia de um meio para outro.
A reflexão da onda acontecerá sempre que ela encontrar um obstáculo. Quando isso acontecer, a onda incidente sofrerá reflexão, o que dará origem à onda refletida.
Como existem diversos tipos de ondas (mecânicas, eletromagnéticas, transversais e longitudinais), a reflexão pode acontecer com qualquer uma delas.

Eco

O eco é um exemplo de reflexões da onda sonora.
O eco acontece quando os sons direto e refletido são recebidos num intervalo de tempo maior que 0,1 segundo possibilitando então percepção distinta dos sons.
Para ouvir o eco da própria voz é necessário estar distante no mínimo 17 metros do objeto que irá refletir esse eco.

Reflexão de ondas em lagos – quando se joga algo dentro da água, ocorre uma perturbação que gera as ondas. Estas, por sua vez, se propagam na superfície da água até encontrarem um obstáculo onde possam se refletir.

Miragens – imagem distorcida de um objeto localizado no horizonte causado pela reflexão da luz.

Escurecimento de corpos quando molhados – um exemplo é quando acontece a reflexão da água sobre o asfalto após uma chuva.

Existem diversos outros tipos de exemplos de reflexão de uma onda, mas todos os citados e os não citados possuem a mesma definição: para que haja a reflexão é necessário haver um obstáculo, a fim de se originar a onda refletida.

Refração de ondas

Na física ondulatória podemos dizer que um dos principais fenômenos que envolvem as ondas bidimensionais é a refração. A refração de uma onda se dá na superfície líquida, quando uma onda passa de meio de propagação para outro, ou seja, passa de uma região de maior profundidade para outra região de menor profundidade, ou o contrário.

Podemos ver na figura acima um exemplo da refração de onda na superfície líquida, nela há um desvio na direção de propagação da onda em razão da refração, que acontece quando a onda passa do meio de propagação 1 para o meio de propagação 2.

Sendo assim, podemos concluir que o fenômeno da refração de onda ocorre sempre que a onda atravessa a superfície que separa dois meios em que a velocidade de propagação da onda é diferente.

Na refração, a frequência de uma onda é a própria frequência da fonte geradora, isto é, ela se mantém constante. Já a velocidade e o comprimento de onda são diretamente proporcionais, isso pode ser comprovado através da equação: v = λf. O desvio na direção de propagação de uma onda só ocorrerá se ela incidir na superfície de separação entre os meios com uma inclinação, isto é, se ela incidir obliquamente.

Caso a onda incida perpendicularmente, isto é, normalmente, ela não sofrerá desvio em sua trajetória, porém sua velocidade e seu comprimento de onda variarão.

Matematicamente, podemos calcular o desvio sofrido por uma onda através da Lei da refração ou Lei de Snell-Descartes. Essa lei diz que:

Difração de ondas

Difração de ondas é o desvio ou o espalhamento que uma onda apresenta, contornando ou transpondo obstáculos colocados em seu caminho. A difração ocorre a todos os tipos de ondas.

Ao deixarmos cair uma pedra sobre a superfície de um líquido, veremos a formação de ondulações em forma de círculos concêntricos. A essas ondulações damos o nome de ondas, as quais, por terem pequenas amplitudes, consideramos ondas transversais. No decorrente movimento dessas ondas, elas tanto podem ser refletidas como podem ser refratadas.

O fenômeno denominado difração nada mais é do que o desvio ou espalhamento sofrido pela onda quando esta contorna ou transpõe obstáculos colocados em seu caminho. Podemos dizer que tal fenômeno acontece a todos os tipos de ondas e é facilmente perceptível em se tratando de ondas sonoras. Um exemplo da difração sonora é quando estamos ouvindo uma música sendo tocada do outro lado de um muro.

A maior ou menor capacidade que uma onda tem de sofrer difração está relacionada ao tamanho do obstáculo a ser contornado ou à largura da passagem a ser transposta e o seu comprimento de onda.

A difração será tanto mais intensa quanto maior for o comprimento de onda quando comparado ao tamanho do obstáculo. Em outras palavras, a onda contorna mais facilmente os obstáculos quando estes são pequenos, se comparados ao comprimento de ondas das ondas.

Esse fenômeno, assim como a reflexão e a refração de ondas, pode ser explicado com base no princípio de Huygens. O princípio de Huygens pode ser aplicado a qualquer tipo de onda e é usado para determinar a posição de uma frente de onda em um determinado instante, desde que se conheça sua posição em um instante anterior.

Polarização de ondas

A polarização de uma onda eletromagnética é o plano no qual se encontra a componente elétrica dessa onda.

Na situação 1, a onda polarizada no plano vertical passa através da fenda. Na situação 2, a onda polarizada no plano horizontal não passa através da fenda.

Polarização de ondas é o fenômeno no qual uma onda transversal, vibrando em várias direções, tem uma de suas direções de vibração selecionada, enquanto as vibrações nas demais direções são impedidas de passar por um dispositivo, denominado polarizador.

A polarização é um fenômeno exclusivo das ondas transversais, não podendo ocorrer com as ondas longitudinais. Assim, as ondas luminosas, que são transversais, podem ser polarizadas, ao contrário das ondas sonoras, que não se polarizam, por serem longitudinais.

Às vezes, um segundo polarizador é usado para confirmar a polarização do primeiro: ele é chamado analisador. Se um segundo polarizador é colocado de modo que polarize em uma direção perpendicular à do primeiro, a onda é impedida de propagar-se e diz-se então que eles estão cruzados.

Como dissemos anteriormente, a luz é uma onda transversal, portanto podemos dizer que ela é emitida em todas as direções. Sendo assim, seus campos elétricos e magnéticos são produzidos em todas as direções, porém esses campos sempre são perpendiculares à direção de propagação. Vejamos a figura abaixo:

Na figura acima vemos que quando a onda passa pelo primeiro polarizador, ela se propaga em uma única direção. Portanto, nesse caso, dizemos que a onda foi polarizada.

Se em um segundo momento acrescentarmos outro material polarizador cujas fendas estão dispostas perpendicularmente à direção de propagação da luz polarizada, veremos que tais ondas não atravessam o cristal. Sendo assim, podemos dizer que a polarização é uma propriedade das ondas transversais.

Interferência de ondas

A interferência de ondas é o fenômeno que ocorre em virtude do encontro simultâneo de duas ondas que se propagam no mesmo meio com sentidos contrários.

Vamos supor que tenhamos uma corda com uma extremidade fixa e outra livre. Se pegarmos a extremidade livre e fizermos um movimento de sobe e desce com a corda, veremos a formação de ondas que se propagam nela. Se por acaso duas pessoas pegarem uma corda e em ambas as extremidades começarem a executar um movimento de sobe e desce, veremos a formação de ondas que se propagam no mesmo sentido. Mas o que acontece quando essas ondas se encontram? Acontece o fenômeno que chamamos de Interferência de ondas.

Sendo assim, podemos dizer que quando duas ou mais ondas chegam ao mesmo tempo a um ponto em comum de um meio, ocorre o fenômeno da interferência, ou seja, as ondas se superpõem naquele ponto, originando um efeito que é o resultado da soma algébrica das amplitudes de todas as perturbações no local de superposição. Seu entendimento só foi possível com a formulação do Princípio da Superposição, por Thomas Young.

Young, na passagem do século XVIII para o século XIX, elaborou um experimento conhecido como experimento das duas fendas, no qual fez um feixe de luz interferir nele mesmo, após ser difratado por um par de fendas.

O que acontece quando dois pulsos se cruzam no meio do caminho de propagação?

Nos pontos onde ocorre superposição, o efeito resultante é a soma dos efeitos que seriam produzidos pelas ondas que se superpõem, caso atingissem isoladamente aquele ponto. Após a superposição, cada onda continua sua propagação no meio, com suas propriedades inalteradas. Vejamos as figuras abaixo.

O fenômeno da superposição dos efeitos das ondas que se cruzam é denominado interferência. Podemos ter dois tipos de interferências: a construtiva e a destrutiva. Observe a figura abaixo:

Na interferência construtiva ocorre um reforço da onda, e a amplitude da onda resultante é maior do que a amplitude de cada uma das ondas que se superpõem.

No caso da interferência destrutiva ocorre um cancelamento da onda, sendo esse cancelamento total ou parcial, e a amplitude da onda resultante é menor do que pelo menos uma das amplitudes das ondas que se superpõem. Quando ocorre a interferência totalmente destrutiva, o meio não apresenta efeito das perturbações, permanecendo o ponto em equilíbrio, enquanto perdurar a superposição.