O tsunami de 2004 tinha a ilha do Sri Lanka na frente e, mesmo assim, atingiu a costa da Índia atrás dela; a voz volta do paredão meio segundo depois; a conversa entra pela porta fechada, mas a luz não; entre dois alto-falantes há pontos de silêncio. O que uma onda faz quando encontra um obstáculo, um novo meio, uma abertura ou outra onda, e quais grandezas mudam em cada caso?
O que você vai aprender
Identificar, numa situação descrita, qual fenômeno domina (reflexão, refração, difração ou interferência) pela pergunta 'o que a onda encontrou?', reconhecendo que os quatro valem para toda onda, mecânica ou eletromagnética (2025/90).
Aplicar as leis da reflexão com ângulos medidos em relação à normal, distinguir reflexão especular de difusa (2016/11), calcular o tempo de eco (t = 2d/v) e prever a fase do pulso refletido em extremidade fixa (invertida) e livre (sem inversão), incluindo a reflexão parcial em toda mudança de meio (2007/41).
Explicar a refração como mudança de velocidade na troca de meio, conservando a frequência (da fonte) e alterando o comprimento de onda na mesma proporção da velocidade, e julgar itens que penduram a mudança na grandeza errada (2015/65, 2018/110).
Usar a lei de Snell nas duas formas (sen θ1/v1 = sen θ2/v2 e n1 sen θ1 = n2 sen θ2, com n = c/v), prever o sentido do desvio e calcular o ângulo limite (sen θc = n2/n1), explicando a reflexão total e o funcionamento da fibra óptica (bloco de 2023) e da ionosfera (2015/66).
Descrever a refração das ondas do mar em água rasa (v = √(gh)) e o alinhamento das frentes com a praia, e distinguir refração de difração (2007/43).
Enunciar a condição de difração perceptível (λ comparável ou maior que a abertura), explicando por que o som contorna a porta e a luz não, por que o rádio AM contorna morros e por que um tsunami de 100 km contorna uma ilha (2007/43).
Aplicar o princípio de Huygens para justificar reflexão, refração e difração como construções da mesma envoltória de ondas secundárias.
Aplicar a superposição e a diferença de caminho (Δr = mλ construtiva; (m + ½)λ destrutiva) a duas fontes em fase (PAS 3 2014/98), ler uma superposição num gráfico (2009/51), contar comprimentos de onda dentro de um meio de índice n (2010/120), descrever qualitativamente as franjas de Young e reconhecer que a interferência destrutiva redistribui energia, não a destrói.
Calcular a frequência e o período de batimento (f_bat = |f1 − f2|), a frequência do tom ouvido e o comprimento de onda associado (2012/47–48, 2019/91), e relacionar a identidade da soma de cossenos com a afinação (2010/74, 2010/76).
Descrever ondas estacionárias como superposição da onda com sua reflexão, localizar nós e ventres (λ/2 entre nós), aplicar λn = 2L/n e fn = nv/2L a uma corda fixa nas duas pontas e ler λ num gráfico para obter k = 2π/λ (2014/104).
Explicar ressonância como crescimento da amplitude quando a excitação coincide com uma frequência natural, com o papel do amortecimento (balanço, taça, pontes), e distingui-la de batimento.
Explicar polarização como propriedade exclusiva das ondas transversais, o funcionamento de um polarizador e de filtros cruzados, e o uso dos óculos polarizados contra reflexos em superfícies horizontais, concluindo que o som não se polariza.
Em dezembro de 2004, o tsunami do Oceano Índico saiu de Sumatra para o oeste e encontrou, no caminho, a ilha do Sri Lanka. Atrás da ilha, do lado protegido, ficava a costa sul da Índia, perto do estreito de Palk. Pela lógica da sombra (a mesma que faz um poste esconder o Sol) esse trecho não deveria ter sido atingido. Foi. A onda contornou a ilha, fechou-se atrás dela e chegou à Índia. Três anos depois, a banca do PAS pôs as duas imagens da simulação no caderno e perguntou qual explicação era plausível: refração, inundação por cima da ilha, difração ou reflexão desviada pelo vento. Quem sabia que uma onda de 100 km de comprimento trata uma ilha de 400 km como um obstáculo do tamanho dela, e portanto o contorna, marcou difração e acertou.
Esta página é sobre isso: o que uma onda faz quando encontra o mundo. A página ondas descreveu a onda em si (energia sem matéria, v=λf, frentes e raios). Aqui a onda bate numa parede e volta (reflexão), passa para outro meio e muda de velocidade (refração), atravessa uma abertura e se espalha (difração), encontra outra onda e se soma a ela (interferência, batimentos, ondas estacionárias), encontra um sistema com frequência natural e o faz crescer (ressonância), ou passa por um filtro que só deixa um plano de vibração (polarização). A prova tem uma estratégia fixa: pegar um fenômeno universal e atribuí-lo a uma só família de ondas, ou pendurar a mudança na grandeza errada. O som (altura, intensidade, instrumentos, Doppler) fica em acústica; a luz como onda eletromagnética (espectro, cores), em ondas eletromagnéticas; espelhos e lentes, nas páginas de óptica geométrica.
Quatro perguntas para qualquer fronteira
Antes de qualquer conta, um fenômeno ondulatório se identifica por uma pergunta: o que a onda encontrou? Um obstáculo, e ela voltou: reflexão. Um novo meio, e ela mudou de velocidade: refração. Uma abertura ou uma borda, e ela se espalhou: difração. Outra onda, e as duas se somaram: interferência. As demais palavras da página são casos dessas quatro: batimento é interferência de duas frequências próximas; onda estacionária, interferência da onda com a própria reflexão; ressonância, a excitação na frequência natural; polarização, a única que não é um encontro, e sim uma restrição de quem pode vibrar em que direção.
O mapa dos fenômenos
fenômeno
o que a onda encontrou
o que acontece
exemplo
reflexão
um obstáculo ou uma mudança de meio
volta ao meio de origem; ângulo de reflexão = ângulo de incidência
eco, espelho, sonar, ultrassom
refração
um meio com outra velocidade
muda v e λ; f não muda; o raio desvia se a incidência for oblíqua
canudo “quebrado” no copo, ondas do mar alinhando-se à praia
difração
uma abertura ou uma borda de tamanho comparável a λ
contorna, espalha-se atrás do obstáculo
ouvir pela porta sem ver, tsunami contornando o Sri Lanka
interferência
outra onda no mesmo lugar
as perturbações se somam: reforço ou cancelamento
fone com cancelamento de ruído, batimento de afinação
Todos os quatro valem para toda onda, mecânica ou eletromagnética, transversal ou longitudinal. O som reflete (eco), refrata (ar quente e frio), difrata (porta) e interfere (batimentos). A luz também faz os quatro. Um item que restringe um deles a uma família de ondas está errado.
Reflexão: a onda volta, e a ponta decide a fase
Grite de frente para um paredão a 85 m e a sua voz volta meio segundo depois: o som anda 170 m (ida e volta) a 340 m/s. Esse é o eco, e ele já é uma medida: o tempo de ida e volta t=2d/v dá a distância do obstáculo. Sonar, ultrassom e radar são o eco transformado em instrumento: emite-se um pulso, cronometra-se a volta.
As leis da reflexão
Quando uma frente de onda encontra uma superfície, a parte que volta obedece a duas regras: o raio incidente, o raio refletido e a normal (a perpendicular à superfície no ponto de incidência) estão no mesmo plano; e o ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência, ambos medidos em relação à normal, nunca em relação à superfície. Um raio que chega a 30° da superfície está a 60° da normal, e volta a 60° da normal do outro lado.
Em uma superfície lisa (na escala de λ) a reflexão é especular: os raios paralelos que chegam saem paralelos, e o espelho forma imagem. Em uma superfície rugosa a reflexão é difusa: cada ponto reflete em uma direção, e a luz se espalha para todos os lados. É a reflexão difusa que permite ver uma parede, um livro ou uma obra de arte de qualquer posição da sala.
A banca cobrou a reflexão difusa em 2016, num bloco sobre o Autorretrato probabilístico, de Waldemar Cordeiro: “A maioria dos corpos reflete difusamente a luz que incide sobre eles. Se a obra de Waldemar Cordeiro não difundisse a luz, não seria possível vê-la, independentemente da posição em que o observador se encontrasse.” Gabarito C. Se a obra fosse um espelho perfeito, você veria nela a lâmpada e a sala, não a obra; se não refletisse nada, seria uma mancha escura. Ver um objeto é receber a luz que ele espalha.
Agora a reflexão em uma dimensão, na corda, onde aparece um detalhe que a prova adora: a fase.
Extremidade fixa inverte; extremidade livre não
Um pulso positivo (uma elevação) percorre uma corda até a ponta. Se a ponta está presa a uma parede, ela não pode se mover: a corda puxa a parede para cima, a parede puxa a corda para baixo com a mesma força, e o pulso que volta é negativo, uma depressão. A reflexão em extremidade fixa inverte a fase (uma diferença de fase de π, meio ciclo). Se a ponta está livre (um anel que desliza sem atrito numa haste), ela sobe até o dobro da altura e devolve o pulso sem inversão. Quando a corda continua em outra corda, parte da energia passa (refração) e parte volta (reflexão): ao encontrar uma corda mais pesada (mais lenta), o refletido vem invertido; uma mais leve, sem inversão.
A condição da ponta decide a fase do refletido: presa, inverte; livre, não. Cada painel mostra dois instantes diferentes, antes e depois da reflexão. Diagrama autoral.
A reflexão em escala de oceano apareceu no bloco do tsunami de 2007: “Um tsunami, por ser uma onda mecânica, deve ser parcialmente refletido quando encontra uma ilha em sua trajetória.” Gabarito C. Toda onda, ao encontrar uma mudança brusca de meio (aqui, a água funda encontrando a plataforma rasa e a costa da ilha), devolve parte da energia e transmite ou contorna o resto. A palavra que segura o item é parcialmente: nem tudo volta, nem tudo passa. A justificativa “por ser uma onda mecânica” é dispensável (uma onda eletromagnética também seria parcialmente refletida), mas não torna a afirmação falsa.
Refração: muda o meio, muda a velocidade e o comprimento de onda; a frequência fica
Uma buzina de 680 Hz toca num barco, e parte do som atravessa o casco e entra na água. No ar, a 340 m/s, o comprimento de onda é λ=340/680=0,50 m. Na água o som anda a 1 500 m/s, e a pergunta da prova é: o que muda na travessia? A frequência não: quem a dita é a buzina. Cada compressão que chega à superfície passa para o outro lado, uma por uma, no mesmo ritmo em que chegou; a água não tem como engolir compressões nem criar outras. Como a velocidade passou a ser outra e o ritmo é o mesmo, as compressões ficam mais espaçadas: λ=1500/680≈2,2 m. A razão entre os comprimentos de onda, 2,2/0,50, reproduz a razão entre as velocidades, 1500/340≈4,4.
Refração: de quem é cada grandeza
Refração é a mudança de velocidade de propagação quando a onda passa de um meio para outro (ou de uma condição para outra do mesmo meio: ar quente e ar frio, água funda e água rasa). Na travessia:
f2=f1,λ1λ2=v1v2.
grandeza
quem a fixa
o que acontece ao trocar de meio
frequência f
a fonte, que dita o ritmo das oscilações
permanece a mesma
velocidade v
o meio e suas propriedades
é justamente o que se altera
comprimento de onda λ=v/f
o meio e a fonte, juntos
acompanha v, na mesma proporção
amplitude A
a energia que a onda carrega
pode diminuir (parte reflete, parte é absorvida)
Se a onda entra no meio mais lento, λ encurta; no mais rápido, alonga. Refração não exige desvio: na incidência perpendicular à fronteira, a onda muda de velocidade e de comprimento de onda e segue reta. O desvio da direção é a consequência geométrica da refração quando a incidência é oblíqua, e é o assunto da seção seguinte.
Três itens reais, três versões da mesma pergunta. 2015, item 65, cujo texto-base tratava das ondas de rádio que a ionosfera devolve à Terra: “Se, em um meio com índice de refração n1, a frequência de uma onda de rádio é f1, então, em um meio com índice de refração n2=3n1/4, a frequência dessa mesma onda será f2=4f1/3.” Gabarito E. O item aplicou a razão 4/3 à grandeza errada: a frequência segue sendo f1 do outro lado da fronteira, e quem cresce nessa proporção é a velocidade (v=c/n: índice menor, velocidade maior), arrastando consigo o comprimento de onda. 2018, item 110, sobre termometria acústica: “A frequência da onda sonora diminui quando ela passa de um meio para outro com menor temperatura.” Gabarito E: ao entrar numa região de ar mais frio o som fica mais lento, de modo que v e λ diminuem; a frequência continua a da fonte. 2025, item 90, no bloco do olho humano: “A refração é um fenômeno típico de ondas eletromagnéticas e que, portanto, não ocorre em ondas materiais como o som, por exemplo.” Gabarito E: basta que a onda mude de velocidade ao trocar de meio para haver refração, e isso o som faz tanto quanto a luz.
"Mudou a velocidade, então a frequência mudou junto"
É o erro de fábrica dos itens de refração, em três roupas: a frequência “aumentando” para compensar a velocidade menor (“de modo a manter o produto constante”), a frequência “diminuindo” no meio mais frio, ou a refração “exclusiva” das ondas eletromagnéticas. O teste é o da tabela acima: localize a grandeza que o item afirma ter mudado e veja quem a fixa. Fixada pela fonte (frequência, período), ficou como estava; fixada pelo meio (velocidade) ou pelos dois (comprimento de onda), mudou.
A refração das ondas do mar é a que se vê da praia. Em água rasa a velocidade é v=gh: quanto menor a profundidade, mais devagar a onda anda. Uma frente de onda que chega oblíqua à costa tem uma ponta em água mais rasa que a outra; a ponta rasa freia primeiro, a frente gira e chega quase paralela à praia. É por isso que, em qualquer praia, as ondas quebram alinhadas com a areia, venham de onde vierem no mar aberto.
A lei de Snell: quanto a onda desvia ao trocar de meio
Quando a frente de onda chega obliquamente à fronteira, uma parte dela entra no novo meio antes da outra. Se o novo meio é mais lento, a parte que já entrou anda menos enquanto a outra ainda corre no meio rápido: a frente gira, e o raio (perpendicular à frente) muda de direção, aproximando-se da normal. Se o novo meio é mais rápido, gira ao contrário e o raio se afasta da normal. A quantidade do desvio está numa relação de senos que vale para toda onda.
Para a luz, define-se o índice de refração de um meio como n=c/v (quantas vezes a luz é mais lenta ali do que no vácuo; n≥1, e nar≈1,00, naˊgua≈1,33, nvidro≈1,5). A lei vira
n1sinθ1=n2sinθ2.
Meio de índice maior é meio mais lento: a luz que entra nele se aproxima da normal. Regra de bolso: ao entrar no meio mais lento (mais refringente), o raio se aproxima da normal; ao entrar no mais rápido, se afasta. Na incidência normal (θ1=0), θ2=0: sem desvio, mas com mudança de v e λ.
Exemplo resolvido (ondas na água). Ondas se propagam a 20 m/s em uma região funda e a 10 m/s em uma região rasa, e a frente chega à fronteira fazendo 30° com a normal. A frequência é 2 Hz. Direção:sinθ2=(v2/v1)sinθ1=(10/20)sin30°=0,25, logo θ2≈14,5°. O raio se aproximou da normal, como deve ao entrar no meio mais lento. Comprimentos de onda:λ1=20/2=10 m e λ2=10/2=5 m: as frentes ficam duas vezes mais juntas no meio lento. Conferência: a razão dos senos, 0,50/0,25=2, é a razão das velocidades, 20/10=2, e a razão dos comprimentos de onda, 10/5=2. Três números, uma proporção.
Refração para o meio mais lento: o raio se aproxima da normal e as frentes ficam mais juntas. sin30°/20=sin14,5°/10; a frequência, 2 Hz, é a mesma dos dois lados. Diagrama autoral.
Exemplo resolvido (luz no vidro). Um raio de luz chega do ar (n=1,00) a uma placa de vidro (n=1,50) com incidência de 45°. Desvio:1,00×sin45°=1,50×sinθ2, então sinθ2=0,707/1,5≈0,47 e θ2≈28°. Velocidade no vidro:v=c/n=3×108/1,5=2×108 m/s. Comprimento de onda: uma luz de 600 nm no ar tem, no vidro, 600/1,5=400 nm; a frequência (5×1014 Hz) é a mesma. Conferência: ao sair pela face oposta, paralela à primeira, o raio volta a 45°, apenas deslocado; por isso uma janela não distorce a paisagem.
Agora o caso que fabrica a fibra óptica. Quando a luz vai do meio mais lento para o mais rápido (do vidro para o ar), o raio se afasta da normal: θ2>θ1. Aumente a incidência e o refratado se deita cada vez mais sobre a superfície, até que, para certo ângulo de incidência, θ2=90°: o raio refratado rasa a fronteira. Além desse ângulo, a lei de Snell pediria sinθ2>1, o que não existe: não há refratado, e toda a luz volta.
Ângulo limite e reflexão total
Do meio de índice n1 para o de índice n2<n1, o ângulo limite (ou crítico) θc é a incidência para a qual o refratado sai a 90°:
sinθc=n1n2=v2v1.
Para incidências maiores que θc ocorre reflexão total: nada passa, tudo volta, sem perda na fronteira. Vidro comum para o ar: sinθc=1/1,5≈0,67, θc≈42°. Água para o ar: sinθc=1/1,33=0,75, θc≈49°. A reflexão total só existe no sentido lento → rápido; do ar para o vidro, todo raio entra.
A fibra óptica é um fio de vidro com um núcleo de índice n1 envolto por uma casca de índice n2<n1. A luz entra pela ponta, chega à fronteira núcleo–casca com incidência maior que θc e percorre quilômetros em zigue-zague de reflexões totais, sem escapar pela lateral. Foi o cenário do bloco de 2023 da 2.ª etapa (itens 97 a 102): o texto-base descrevia o raio sendo refletido totalmente, vez após vez, na fronteira núcleo–casca, sem passar para a casca, e n1>n2>n0 era o dado que sustentava tudo: núcleo mais refringente que a casca, senão não há ângulo limite. A geometria dos raios desse bloco fica na página de refração da luz.
O rádio que atravessava o horizonte
Para as ondas de rádio de frequência mais baixa, a ionosfera (a camada ionizada acima de 60 km) funciona como um meio de índice menor: a onda que chega oblíqua vinda de baixo se afasta da normal e, além de certo ângulo, volta à Terra por reflexão total. Foi assim que, antes dos satélites, uma emissora alcançava o outro lado do oceano. A 2.ª etapa de 2015 montou esse cenário e, no item 66 (tipo D), pediu o esboço dos raios refletido e refratado em A para incidência menor que o ângulo crítico: há os dois, o refletido simétrico ao incidente em relação à normal, e o refratado afastado dela, dentro da ionosfera. A construção completa está no exemplo resolvido dos exercícios.
Difração: a onda contorna o que tem o tamanho dela
Feche a porta da sala e a conversa do corredor continua entrando: abafada, sem os agudos, mas entra. A luz do corredor, não: ela desenha no chão um retângulo com a forma exata da fresta e para ali. Som e luz passaram pela mesma abertura; um se espalhou pela sala inteira, o outro seguiu reto. A diferença está no comprimento de onda comparado ao tamanho da abertura.
Difração: a condição λ ~ a
Difração é o espalhamento de uma onda ao passar por uma abertura ou ao contornar uma borda. Ela acontece sempre, mas só é perceptível quando o comprimento de onda λ é comparável ou maior que a dimensão a da abertura ou do obstáculo. Se a≫λ, a onda passa quase reta e o obstáculo faz “sombra”; se a∼λ ou a<λ, a onda atravessa e se espalha em leque, como se a abertura fosse uma nova fonte. Quanto maiorλ (menor a frequência), mais a onda contorna.
Os números decidem. Tome uma porta de 80 cm de vão. Um grave de 85 Hz tem λ=340/85=4,0 m, cinco vezes a largura do vão: contorna com folga e enche a sala. Um agudo de 4 250 Hz tem λ=8,0 cm, dez vezes menor que o vão: passa quase reto, e é por isso que, de fora, a música do vizinho chega só com o grave. A luz visível tem λ≈5×10−7 m, mais de um milhão de vezes menor que o vão: segue reta e não ilumina o corredor. Para ver a luz difratar é preciso uma abertura da ordem de micrômetros: o vão entre dois dedos quase encostados, os sulcos de um CD. O mesmo critério explica o rádio: ondas AM (centenas de metros) contornam morros e prédios; FM e TV (metros) precisam de visada; o sinal de celular (centímetros) “morre” atrás de um pilar.
A abertura comparada ao comprimento de onda: estreita (a∼λ), a onda sai em leque; larga (a≫λ), segue quase reta e a barreira faz sombra. Diagrama autoral.
Agora o item que abriu a página. Um tsunami tem comprimento de onda de dezenas a 100 km; o Sri Lanka mede cerca de 430 km de norte a sul e 220 km de leste a oeste. Para uma onda de vento, com λ de 100 m, a ilha é um continente e faz sombra completa. Para o tsunami, a ilha é um obstáculo de poucos comprimentos de onda, e a onda o contorna como o som contorna a porta. O tipo C de 2007 (item 43) pedia a explicação plausível para a costa sul da Índia, atrás da ilha, ter sido atingida. Os distratores: refração com a velocidade aumentando perto da ilha (A; ela diminui em água rasa), água passando por cima de localidades a 1 500 m de altitude (B; a onda tinha 30 m) e reflexão desviada pelo vento (D). A opção C atribuía o fato à difração: ao passar pela ilha, parte da onda teria mudado de direção e alcançado a costa indiana junto ao estreito de Palk. Era a única alternativa com física correta.
Difração não é refração
As duas palavras se parecem e a banca conta com isso. Refração é mudança de velocidade ao trocar de meio (a onda desvia porque ficou mais lenta ou mais rápida). Difração é espalhamento ao passar por uma abertura ou borda (a onda desvia porque encontrou um obstáculo do tamanho dela), no mesmo meio, com a mesma velocidade. No tsunami de 2007, a opção A misturou as duas: atribuiu à refração o contorno da ilha e ainda inverteu o sentido da mudança de velocidade.
Princípio de Huygens: cada ponto da frente é uma fonte
Por que a onda contorna? Christiaan Huygens deu, em 1678, a construção que explica os três fenômenos geométricos de uma vez. Cada ponto de uma frente de onda funciona como uma fonte de pequenas ondas secundárias (circulares ou esféricas), que avançam com a velocidade do meio; a nova frente de onda, um instante depois, é a superfície que envolve todas essas ondinhas. Numa frente plana larga, as ondinhas dos infinitos pontos se somam e a envoltória é outra frente plana: a onda segue reta. Mas numa abertura estreita sobram poucos pontos; a envoltória das ondinhas deles é um arco, e a onda que sai da abertura é um leque. Difração é o princípio de Huygens com poucos pontos.
Huygens em três cenas: em frente larga, a envoltória das ondinhas é outra frente reta; numa abertura estreita, é um leque (difração); numa fronteira entre meios, as ondinhas menores do lado lento fazem a frente girar (refração). Diagrama autoral.
A mesma construção dá a refração (os pontos que já entraram no meio lento emitem ondinhas menores, e a envoltória gira em direção à normal, na proporção exata da lei de Snell) e a reflexão (as ondinhas dos pontos que tocam a parede envolvem uma frente que sai com o mesmo ângulo). Reflexão, refração e difração são a mesma ideia, com a fronteira em lugares diferentes.
Interferência: o que acontece quando duas ondas se encontram
Dois pulsos se cruzam numa corda. Não há colisão, não há ricochete: enquanto ocupam o mesmo trecho, a corda assume a soma dos deslocamentos que cada um produziria sozinho, e depois cada pulso segue como se nada tivesse acontecido. Um pulso de +3 cm sobre um de −2 cm dá +1 cm naquele ponto e instante. Essa é a regra da superposição, e interferência é o nome do padrão que a superposição desenha quando as duas ondas têm a mesma frequência.
Superposição, interferência construtiva e destrutiva
Em um meio linear, a perturbação resultante de duas ondas é a soma algébrica das perturbações de cada uma (deslocamentos com sinal numa corda, variações de pressão no ar, campos elétricos na luz). Duas ondas de mesma frequência e mesma amplitude A, no mesmo ponto:
em fase (crista com crista): interferência construtiva, amplitude resultante 2A;
em oposição de fase (crista com vale): interferência destrutiva, amplitude resultante zero;
nos casos intermediários, entre 0 e 2A.
Com amplitudes diferentes, o mínimo não é zero: duas ondas de 3 mm e 2 mm em oposição dão 1 mm. O padrão só é estável (fixo no espaço) se as fontes forem coerentes: mesma frequência e diferença de fase constante. Duas lâmpadas comuns não interferem de modo visível (suas fases mudam ao acaso); dois alto-falantes ligados ao mesmo sinal, ou duas fendas iluminadas pela mesma fonte, interferem.
Duas ondas de 2 mm: em fase somam 4 mm; em oposição somam zero. A linha nula é a soma dos deslocamentos, não a ausência de energia no sistema. Diagrama autoral.
Como saber se, num ponto, duas ondas de fontes em fase chegam em fase ou em oposição? Pela diferença de caminho. Se a onda da fonte 1 percorreu r1 e a da fonte 2 percorreu r2, a que andou mais chegou “atrasada” em Δr=∣r2−r1∣. Se esse atraso for um número inteiro de comprimentos de onda, as cristas voltam a coincidir; se for um número inteiro mais meio, crista encontra vale.
Em termos de fase, Δϕ=2πΔr/λ. Se as fontes já emitem defasadas, essa defasagem se soma à do caminho. Os pontos de Δr constante formam curvas (hipérboles) em torno das fontes: linhas ventrais (reforço) e linhas nodais (cancelamento) alternadas. É o desenho que aparece num tanque de ondas com duas bolinhas vibrando, e no experimento de Young com duas fendas.
Exemplo resolvido (dois alto-falantes). Dois alto-falantes ligados ao mesmo gerador emitem em fase um som de comprimento de onda 0,80 m. Ponto P: a 3,0 m de um e 4,6 m do outro. Δr=1,6 m =2λ: inteiro, construtiva; se cada onda chega com 2 mm de amplitude (de pressão, em unidades convenientes), a resultante é 4 mm. Ponto Q: a 3,0 m e 4,2 m. Δr=1,2 m =1,5λ: destrutiva; com amplitudes iguais, resultante zero, e um ouvinte em Q ouve quase silêncio. Ponto R: a 3,0 m e 4,0 m. Δr=1,25λ: amplitude intermediária. Conferência: dê dois passos a partir de Q e o som volta, como se ouve caminhando entre duas caixas que tocam a mesma nota.
Duas fontes em fase com λ=0,80 m. Em P a diferença de caminho é 2λ (reforço); em Q é 1,5λ (cancelamento). As linhas nodais e ventrais alternam-se em torno das fontes. Diagrama autoral.
A luz faz o mesmo, e foi assim que Thomas Young, em 1801, provou que ela é onda: duas fendas próximas iluminadas pela mesma fonte viram duas fontes (por difração), e no anteparo aparecem franjas claras (Δr=mλ) e escuras (Δr=(m+21)λ) alternadas, com a central clara. As franjas ficam mais espaçadas com comprimento de onda maior (o vermelho abre mais que o azul) e com fendas mais próximas. Bolas de gude atiradas por duas janelas não desenhariam franjas: a interferência é a assinatura da onda.
A 3.ª etapa de 2014 cobrou a condição de reforço em linguagem de telefonia: duas torres emitem ondas “idênticas, ou seja, com a mesma amplitude, com o mesmo comprimento de onda λ e em fase”, a distâncias L1 e L2 de um celular. Item 98: “Se L2−L1=nλ, em que n é um número inteiro positivo, então ocorrerá interferência construtiva das ondas eletromagnéticas que chegam simultaneamente ao aparelho receptor.” Gabarito C, a definição ao pé da letra. E a 2.ª etapa de 2010 (item 120) armou uma versão com dois meios: um raio de luz de comprimento de onda λ (no ar) é dividido em dois, cada metade atravessa um bloco de comprimento L, um de índice 1,1 e o outro de índice 1,6, e espelhos reúnem as metades num ponto P. Dentro de um meio de índice n o comprimento de onda vale λ/n, então em L cabem nL/λ comprimentos de onda, e a diferença entre os blocos é 0,5L/λ. Cancelamento completo exige m+21, ou seja, L=(2m+1)λ: múltiplo ímpar de λ, que em particular é múltiplo inteiro. A afirmação “completamente destrutiva apenas se o comprimento L for um múltiplo inteiro do comprimento de onda λ” é, portanto, verdadeira: gabarito C, lendo “apenas se” como condição necessária.
"Interferência destrutiva destrói energia"
Não. Onde duas ondas se cancelam, a energia não desapareceu: foi redistribuída para as regiões de reforço. No padrão de duas fontes, a energia que falta nas linhas nodais está sobrando nas ventrais; a média sobre o espaço é a soma das energias das duas ondas. Um fone com cancelamento ativo de ruído emite, no ouvido, uma onda em oposição de fase ao ruído captado pelo microfone e cria uma região pequena de cancelamento; fora dela, o ruído continua. A energia se conserva; a interferência só decide onde ela vai.
Um último item de superposição, com gráfico. Em 2009, num texto sobre os pigmentos de Um bar no Folies-Bergère, de Manet, a banca imprimiu quatro ondas harmônicas num mesmo gráfico y×t e afirmou (item 51): “A onda indicada por 1 resulta da superposição das ondas indicadas por 2 e 4.” Gabarito E. Superposição é soma ponto a ponto: em t=0, a onda 2 tinha valor negativo e a onda 4 valia zero, então a soma seria negativa, mas a onda 1 começava em zero. Um único instante em que a soma não bate derruba a afirmação. (Quem olha a figura vê que a onda 1 é a soma de 3 e 4.)
Batimentos: interferência que pulsa no tempo
Até aqui as duas ondas tinham a mesma frequência, e o padrão era fixo no espaço. Se as frequências forem próximas mas diferentes, as ondas entram e saem de fase alternadamente: ora crista com crista, ora crista com vale, ora crista com crista de novo. O resultado é um som cuja intensidade pulsa, e o pulsar tem frequência igual à diferença das duas.
Batimento: f_bat = |f₁ − f₂|
Duas ondas de frequências f1 e f2 próximas, mesma amplitude, no mesmo ponto, produzem uma oscilação rápida de frequência média (f1+f2)/2 cuja amplitude varia lentamente, com frequência de batimento
fbat=∣f1−f2∣.
O período do batimento é Tbat=1/fbat. O ouvido escuta um único tom (a frequência média) que “ondula” fbat vezes por segundo. A identidade trigonométrica por trás:
um cosseno rápido (frequência média) multiplicado por um cosseno lento (metade da diferença). Como a intensidade não distingue o sinal da envoltória, ela atinge o máximo duas vezes por período do cosseno lento: daí fbat=∣f1−f2∣, e não a metade.
Soma de 10 Hz e 12 Hz: a oscilação rápida tem 11 Hz e a envoltória se fecha duas vezes por segundo, fbat=2 Hz. Frequências baixas foram escolhidas para o desenho ser legível; um diapasão de 440 Hz contra uma corda de 443 Hz dá o mesmo tipo de pulsar, três vezes por segundo. Diagrama autoral.
É o instrumento de trabalho de quem afina de ouvido. Soando juntos o diapasão de 440 Hz e uma corda que vibra a 443 Hz, o músico escuta um único lá que incha e murcha três vezes por segundo; gira a tarraxa devagar e o pulsar vai ficando mais lento, uma vez por segundo, uma a cada dois, até sumir. Nesse instante a corda está em 440.
O batimento é o fenômeno desta página com mais itens no PAS 2. 2012, itens 47 e 48: dois caranguejos chama-maré chamam uma fêmea, um a 600 Hz (da praia), outro a 590 Hz (do manguezal); o comando fornecia 340 m/s para a velocidade do som. Item 47: “Se as amplitudes das ondas sonoras emitidas pelos caranguejos machos forem iguais, então a onda sonora resultante que chegará até a fêmea terá frequência de 595 Hz e batimento de frequência igual a 10 Hz.” Média 595, diferença 10: C. Item 48: “O comprimento de onda correspondente ao batimento de frequência é menor que 0,29 m.” O “comprimento de onda” associado ao batimento é v/fbat=340/10=34 m, muito maior que 0,29 m: E. 2019, item 91: sirene de um helicóptero a 435 Hz e hélices a 415 Hz; “O batimento entre as vibrações produzidas pelas fontes A e B tem período de 0,05 s.”fbat=20 Hz, T=1/20=0,05 s: C. 2010, itens 74 e 76: notas modeladas como Ni(t)=cos(2πfit); o item 74 dava a soma S(t)=2cos[π(f1+f2)t]×cos[π(f1−f2)t] como “expressão que fundamenta a possibilidade de se ajustarem as frequências” de um instrumento: C, é a identidade acima. O item 76, tipo C, mostrava o gráfico da soma e perguntava sobre f1 e f2: a envoltória lenta só aparece se as frequências forem próximas, opção B.
Ondas estacionárias: nós que não caminham
Sacuda uma corda presa à parede na frequência certa e a onda para de “andar”: aparecem pontos que nunca se movem e, entre eles, trechos que oscilam com amplitude máxima. A onda que você manda para a parede volta refletida (invertida, porque a ponta é fixa) e interfere com a que está indo. Onde as duas chegam sempre em oposição, a corda fica parada: nó. Onde chegam sempre em fase, a amplitude dobra: ventre. O padrão não se desloca; por isso, onda estacionária.
Nós, ventres e os modos de uma corda fixa nas duas pontas
A superposição de duas ondas harmônicas iguais que se propagam em sentidos opostos dá
y(x,t)=2Asin(kx)cos(ωt),
uma oscilação no tempo cuja amplitude depende do ponto: 2A∣sin(kx)∣. Nós (amplitude zero) e ventres (amplitude 2A) se alternam; dois nós consecutivos (ou dois ventres) distam λ/2; um nó e o ventre vizinho, λ/4.
Numa corda de comprimento Lfixa nas duas extremidades, as pontas são nós obrigatórios, então em L deve caber um número inteiro de meios comprimentos de onda:
L=n2λn⇒λn=n2L,fn=λnv=n2Lv,n=1,2,3,…
n=1 é o modo fundamental (um ventre, λ1=2L); n=2 é o segundo harmônico (dois ventres, λ2=L), e assim por diante. Só essas frequências “cabem” na corda: é o que o texto de 2014 chamou de movimentos discretizados. Cordas de instrumentos e colunas de ar em tubos são estas fórmulas aplicadas à música, e ficam em acústica.
Os três primeiros modos de uma corda fixa nas duas pontas. Cada curva clara é a mesma corda meio período depois da escura. Os nós ficam sempre no mesmo lugar: a onda não caminha. Diagrama autoral.
Exemplo resolvido (corda de laboratório). Uma corda de 0,60 m está presa entre um vibrador e uma roldana, e as ondas se propagam nela a 360 m/s. Fundamental:λ1=2L=1,20 m, f1=360/1,20=300 Hz. Segundo harmônico:λ2=L=0,60 m, f2=600 Hz. Quarto:λ4=2L/4=0,30 m, f4=1200 Hz. Os comprimentos de onda obedecem a λ1=2λ2=4λ4, e as frequências são múltiplos inteiros da fundamental. Conferência: no quarto harmônico, quatro fusos de λ4/2=0,15 m preenchem os 0,60 m; entre nós consecutivos há λ4/2=0,15 m, e há cinco nós (contando as pontas) e quatro ventres. Se o vibrador for ajustado para 450 Hz, nada estável se forma: 450 não é múltiplo de 300, a corda chacoalha sem desenhar fusos.
Foi uma leitura de figura como esta que o item 104 de 2014 pediu. O caderno mostrava três cordas oscilantes num mesmo gráfico (unidade: centímetro), e o item dizia: “Considere que y2=A2sen(βx) e y3=A3sen(θx), em que A2=20 cm e A3=10 cm. Nesse caso, se f(x)=y3(x)y2(x), então f(81)>1.” Da figura, y2 cruzava o eixo a cada 0,5 cm (λ2=1,0 cm, logo β=2π/λ2=2π rad/cm) e y3 a cada 0,25 cm (λ3=0,5 cm, θ=4π rad/cm). Então f(1/8)=10sen(π/2)20sen(π/4)=10×120×0,707≈1,41>1. Gabarito C. O item parece Matemática, mas o dado escondido (β e θ) só sai de quem lê λ no gráfico e sabe que k=2π/λ.
"Onda estacionária não transporta energia; logo não tem energia"
A onda estacionária ideal (duas componentes iguais em sentidos opostos) não transporta energia líquida ao longo da corda: o que a incidente leva, a refletida traz. Isso não significa que a corda esteja parada nem sem energia: só os nós ficam imóveis; todos os outros pontos oscilam, e a energia cinética dos ventres se converte em potencial elástica e volta, duas vezes por período. E o erro simétrico: “os nós são os pontos de amplitude máxima” está errado; nó é amplitude zero, ventre é amplitude máxima.
Ressonância: a frequência certa faz a amplitude crescer
Um balanço tem um ritmo próprio: solte a criança e ela oscila com um período que só depende do comprimento das correntes (T=2πL/g). Empurre no ritmo dela, um empurrão por ida, e a amplitude cresce a cada volta com quase nenhum esforço. Empurre fora do ritmo e você ora ajuda, ora atrapalha, e o balanço quase não sai do lugar. Isso é ressonância: a resposta de um sistema oscilante cresce muito quando a frequência com que ele é excitado se aproxima de uma de suas frequências naturais.
Frequência natural e ressonância
Todo sistema capaz de oscilar tem uma ou mais frequências naturais, fixadas por suas propriedades e condições de contorno: o pêndulo (f0=2π1g/L), a massa numa mola (f0=2π1k/m), a corda fixa nas duas pontas (fn=nv/2L), uma taça, uma ponte. Quando uma força periódica atua no sistema com frequência igual ou próxima de uma frequência natural, a energia entra em fase com o movimento a cada ciclo e a amplitude cresce, limitada só pelo atrito e pelas perdas (o amortecimento). Longe da frequência natural, a força ora empurra, ora freia, e a amplitude fica pequena. Quanto menor o amortecimento, mais alto e mais estreito é o pico de ressonância.
A curva de ressonância: a amplitude dispara quando a frequência da excitação se aproxima da frequência natural f0; o amortecimento decide a altura e a largura do pico. Diagrama autoral.
A taça de cristal que se quebra com a voz do cantor é o exemplo clássico e verdadeiro, com uma condição: a nota tem de coincidir com a frequência natural da taça (dê um peteleco nela e ouça) e ser intensa o bastante para que a amplitude, mesmo com as perdas, ultrapasse o que o vidro suporta. Acertar a frequência baixinho não quebra nada. O rádio sintoniza uma estação porque seu circuito é ajustado para ressoar na frequência dela. Tropas quebram o passo sobre pontes desde que a de Broughton, na Inglaterra, desabou em 1831 sob soldados marchando em cadência; a Ponte do Milênio, em Londres, foi fechada dois dias depois de inaugurada, em 2000, porque o balanço lateral dos pedestres entrou em sincronia com a oscilação natural do piso. A ressonância apareceu no PAS 2 em 2008 (item 25), com as frequências de um tubo fechado numa ponta; esse item, e a física dos tubos, ficam em acústica.
Ressonância não é batimento
Os dois fenômenos falam de “duas frequências” e a prova pode encostar um no outro. Batimento é a superposição de duas ondas de frequências próximas, no mesmo ponto: o som pulsa. Ressonância é a resposta de um sistema com frequência natural a uma excitação de frequência igual: a amplitude cresce. Na afinação, o músico usa o batimento; quando a corda afinada faz vibrar sozinha a corda vizinha de mesma nota, é ressonância.
Polarização: só ondas transversais têm um plano a filtrar
Numa corda, a onda transversal pode vibrar para cima e para baixo, para os lados, ou em qualquer direção perpendicular à corda. Faça a corda passar por uma fenda vertical estreita: só a vibração vertical atravessa; a horizontal é bloqueada. A fenda polarizou a onda, escolhendo um único plano de vibração. Agora tente o mesmo com o som, que é longitudinal: o ar vibra na própria direção de propagação, não há plano a escolher, e nenhuma fenda muda nada. Só ondas transversais podem ser polarizadas.
Polarização
Uma onda transversal está linearmente polarizada quando sua vibração ocorre em um único plano fixo que contém a direção de propagação. A luz de uma lâmpada ou do Sol é não polarizada: o campo elétrico oscila em todas as direções perpendiculares ao raio, mudando ao acaso. Um polarizador (o filtro dos óculos de sol polarizados, das telas de LCD e das lentes de câmera) transmite só a componente do campo elétrico paralela ao seu eixo e absorve a perpendicular; a luz que sai está polarizada, com cerca de metade da intensidade original. Um segundo polarizador com eixo cruzado (a 90°) bloqueia essa luz por completo; gire-o e a luz volta gradualmente.
Um polarizador escolhe um plano de vibração; o segundo, cruzado, apaga o que sobrou. O som, longitudinal, atravessa qualquer filtro sem mudar: não se polariza. Diagrama autoral.
Os óculos polarizados funcionam porque a luz refletida por superfícies horizontais (a água do lago, o asfalto molhado, o capô do carro) sai parcialmente polarizada na horizontal. As lentes têm o eixo vertical: bloqueiam a componente horizontal do reflexo, que é quase todo ele, e deixam passar a luz difusa do resto da cena. Gire os óculos 90° e o reflexo volta. A tela do celular vista com óculos polarizados escurece em certos ângulos pelo mesmo motivo: a luz do LCD já sai polarizada. Para luz já polarizada, um segundo filtro cujo eixo faz ângulo θ com o plano de vibração transmite a fração cos2θ da intensidade (lei de Malus): a 60°, um quarto; a 90°, nada.
Como a banca pergunta
Em dezenove anos de PAS 2, os fenômenos desta página renderam quinze itens, quase todos de julgamento, com dois tipo C (2007 e 2010) e um tipo D (2015). A distribuição diz onde estudar:
Refração, com a frequência como alvo (2015/65, 2018/110, 2025/90): a mudança pendurada na grandeza errada ou o fenômeno restrito a uma família de ondas. O item de 2025 é o único de ondulatória nas duas primeiras provas da matriz nova (2024–2025).
Batimento, o mais frequente (2010/74 e 76, 2012/47–48, 2019/91): ∣f1−f2∣, o tom ouvido na média e o falso “comprimento de onda do batimento”.
Reflexão parcial em escala de oceano (2007/41) e difusa como condição para ver (2016/11).
Difração no tipo C do Sri Lanka (2007/43), com refração e reflexão nos distratores.
Interferência pela condição de reforço (PAS 3 2014/98), pela superposição lida num gráfico (2009/51) e pela contagem de comprimentos de onda em dois meios (2010/120).
Ondas estacionárias pela leitura de λ num gráfico de cordas (2014/104), com k=2π/λ como dado escondido.
Reflexão total na ionosfera (2015/66, tipo D, esboço de raios).
Os textos-base são sempre de outra área (um tsunami, os pigmentos de Manet, caranguejos, a afinação, um helicóptero, uma obra de Cordeiro, a ionosfera, o olho humano): a primeira habilidade é reconhecer, entre itens de Português, Biologia e Artes, o item que é seu.
Os erros que a prova planta
Oito tropeços, um por linha
“A frequência muda na refração.” Não: ela é da fonte. Mudam v e λ, juntos e na mesma proporção.
“Refração é coisa de luz.” Toda onda refrata: o som ao entrar na água, o tsunami ao chegar à costa, a onda do mar que se alinha à praia.
“Difração e refração são a mesma coisa.” Difração é espalhamento numa abertura ou borda, no mesmo meio; refração é mudança de velocidade ao trocar de meio.
“Ângulos medidos com a superfície.” Reflexão e Snell usam ângulos com a normal. Um raio a 30° da superfície está a 60° da normal.
“Interferência destrutiva destrói energia.” Redistribui: o que falta nos nós sobra nos ventres.
“Nós oscilam com amplitude máxima.” Nó é amplitude zero; ventre é máxima. Dois nós consecutivos distam λ/2.
“O comprimento de onda do batimento é pequeno.”λbat=v/fbat com fbat de poucos hertz dá dezenas de metros (2012/48).
“Som pode ser polarizado.” Só ondas transversais têm plano de vibração a filtrar; o som é longitudinal.
O essencial em meia página
Quatro fenômenos, uma pergunta: o que a onda encontrou? Obstáculo → reflexão (volta); novo meio → refração (muda v); abertura ou borda do tamanho de λ → difração (espalha); outra onda → interferência (soma). Valem para toda onda.
Reflexão: ângulo de reflexão = ângulo de incidência, com a normal; especular × difusa (permite ver: 2016/11); eco t=2d/v; parcial em toda mudança de meio (2007/41); ponta fixa inverte, livre não.
Refração:fnão muda (é da fonte); v e λ mudam juntos: λ2/λ1=v2/v1 (2015/65, 2018/110, 2025/90, todos E). Sem desvio na incidência normal.
Snell:sinθ1/v1=sinθ2/v2; para a luz, n=c/v e n1sinθ1=n2sinθ2. Meio mais lento (maior n): raio se aproxima da normal. Ângulo limitesinθc=n2/n1 (só do lento para o rápido); acima dele, reflexão total (fibra óptica; vidro→ar 42°).
Difração: perceptível quando λ≳a; graves contornam mais que agudos; luz (λ∼5×10−7 m) passa reta pela porta; tsunami (λ∼100 km) contorna o Sri Lanka (2007/43, C).
Huygens: cada ponto da frente é fonte de ondinhas; a envoltória é a frente seguinte. Explica reflexão, refração e difração.
Interferência: soma algébrica; fontes em fase: Δr=mλ construtiva, (m+21)λ destrutiva (PAS 3 2014/98). Energia se redistribui, não desaparece. Em meio de índice n, λ vira λ/n (2010/120). Young: franjas alternadas, central clara, mais espaçadas com λ maior.
Batimento:fbat=∣f1−f2∣, tom ouvido (f1+f2)/2; 600 e 590 Hz → 595 Hz e 10 Hz (2012/47, C); 435 e 415 Hz → T=0,05 s (2019/91, C); λbat=340/10=34 m (2012/48, E).
Onda estacionária: incidente + refletida; nós (amplitude 0) e ventres (máxima) a λ/2; corda fixa–fixa: λn=2L/n, fn=nv/2L (0,60 m e 360 m/s → 300, 600, 1 200 Hz); ler λ no gráfico dá k=2π/λ (2014/104, C).
Ressonância: excitação na frequência natural → amplitude cresce, limitada pelo amortecimento (balanço, taça, pontes). Não é batimento.
Polarização: só transversais; polarizador escolhe um plano, filtros cruzados bloqueiam; reflexo em superfície horizontal sai polarizado na horizontal (óculos com eixo vertical); som não se polariza.
Exercícios temporariamente indisponíveis
Não foi possível consultar o banco de questões. O conteúdo da aula continua disponível.
Flashcards temporariamente indisponíveis
Não foi possível consultar os cartões de revisão.
Fenômenos ondulatórios - reflexão, refração, difração, interferência e ressonância
Mundo QuiFis com Cecília Brustolini · 10:06
Introdução. Dez minutos que apresentam, um a um, os cinco fenômenos que dão nome à página (reflexão, refração, difração, interferência e ressonância), com a pergunta que identifica cada um e um exemplo resolvido ao fim. É o panorama da seção “Quatro perguntas para qualquer fronteira” em linguagem de aula, para assistir antes de ler as seções de cada fenômeno.
Interferência de ondas | Física | Khan Academy
Khan Academy Brasil · 7:10
Resolução. Sete minutos em que David soma dois pulsos ponto a ponto e calcula o valor da onda total em vários exemplos numéricos, distinguindo reforço de cancelamento. É o mecanismo da seção “Interferência: duas ondas no mesmo lugar se somam” aplicado a contas do mesmo tipo do exemplo resolvido dos alto-falantes e do item 2009/51 (superposição lida num gráfico).
Física - Ondas: ondas estacionárias em uma corda
Como é bom ser nerd - Pura Física · 17:19
Aprofundamento. Dezessete minutos sobre a corda fixa nas duas pontas: como a onda refletida se soma à incidente, onde ficam nós e ventres, os modos de vibração e o cálculo do comprimento de onda e da frequência de cada harmônico. É a seção “Ondas estacionárias: nós que não caminham” com o quadro cheio, para refazer o exemplo da corda de 0,60 m e o item 2014/104.
Física - Ondas e luz: polarização da luz
Como é bom ser nerd - Pura Física · 24:42
Aplicação. Vinte e cinco minutos sobre o filtro polarizador, a polarização por reflexão (o caso dos óculos de sol) e a razão pela qual ondas longitudinais não podem ser polarizadas. É a seção “Polarização: só ondas transversais têm um plano a filtrar” com demonstrações, para assistir depois de ler e antes dos itens de polarização dos exercícios.
Difração vista de cima: ao passar pela abertura, a onda deixa de ser reta e se espalha em arcos, porque a abertura tem tamanho comparável ao comprimento de onda. É o mesmo mecanismo pelo qual o tsunami de 2004 contornou o Sri Lanka (PAS 2 2007/43).A condição da ponta decide a fase do refletido: presa, inverte (diferença de fase de π); livre, não. Cada painel mostra dois instantes, antes e depois da reflexão. É essa inversão na ponta fixa que cria os nós das ondas estacionárias. Diagrama autoral.Refração para o meio mais lento: o raio se aproxima da normal e as frentes ficam mais juntas. sin30°/20=sin14,5°/10; a frequência, 2 Hz, é a mesma dos dois lados, e λ1/λ2=v1/v2=2. Diagrama autoral.A abertura comparada ao comprimento de onda: estreita (a∼λ), a onda sai em leque; larga (a≫λ), segue quase reta e a barreira faz sombra. Por isso o som (metros) contorna a porta e a luz (5×10−7 m) não. Diagrama autoral.Princípio de Huygens em três cenas: em frente larga, a envoltória das ondinhas é outra frente reta; numa abertura estreita, é um leque (difração); numa fronteira entre meios, as ondinhas menores do lado lento fazem a frente girar (refração). Diagrama autoral.Duas ondas de 2 mm: em fase somam 4 mm (construtiva); em oposição somam zero (destrutiva). A linha nula é a soma dos deslocamentos naquele ponto, não a ausência de energia no sistema: a energia foi para as regiões de reforço. Diagrama autoral.Duas fontes em fase com λ=0,80 m. Em P a diferença de caminho é 2λ (reforço); em Q é 1,5λ (cancelamento). Linhas nodais e ventrais alternam-se em torno das fontes; é o desenho do tanque de ondas e do experimento de Young. Diagrama autoral.Soma de 10 Hz e 12 Hz: a oscilação rápida tem 11 Hz e a envoltória se fecha duas vezes por segundo, fbat=2 Hz. Frequências baixas foram escolhidas para o desenho ser legível; um diapasão de 440 Hz contra uma corda de 443 Hz dá o mesmo tipo de pulsar, três vezes por segundo. Diagrama autoral.Os três primeiros modos de uma corda fixa nas duas pontas: λn=2L/n, fn=nv/2L. Cada curva clara é a mesma corda meio período depois da escura. Os nós ficam sempre no mesmo lugar: a onda não caminha. Diagrama autoral.Terceiro harmônico em uma corda fixa nas duas extremidades: nós que não se movem e ventres que oscilam com amplitude máxima. Com 0,60 m e 360 m/s, esse modo soaria a 900 Hz.A curva de ressonância: a amplitude dispara quando a frequência da excitação se aproxima da frequência natural f0; o amortecimento decide a altura e a largura do pico. O balanço empurrado no ritmo certo é o caso mais simples. Diagrama autoral.Um polarizador escolhe um plano de vibração; o segundo, cruzado, apaga o que sobrou. O som, longitudinal, atravessa qualquer filtro sem mudar: não se polariza, e isso prova que é longitudinal. Diagrama autoral.A luz refletida pela água sai parcialmente polarizada na horizontal; a lente com eixo vertical bloqueia esse plano e o reflexo some, deixando passar a luz difusa do fundo.Reflexão total: dentro do núcleo, mais refringente que a casca, a luz bate na interface acima do ângulo limite e é devolvida por inteiro, curva após curva.Ressonância: um som intenso na frequência natural da taça faz a amplitude de vibração crescer a cada ciclo até o vidro não suportar.Refração da luz: os raios que vêm da parte submersa do canudo mudam de direção ao passar da água para o ar, e o olho monta uma imagem deslocada.Batimento na afinação: corda e diapasão com frequências próximas produzem um som que pulsa; o músico ajusta a tarraxa até o pulsar desaparecer.Refração das ondas do mar: o trecho da frente em água mais rasa anda mais devagar, a frente gira e chega alinhada à praia, venha de onde vier no mar aberto.Interferência de duas fontes em fase: onde a diferença de caminho é um número inteiro de comprimentos de onda as ondulações se reforçam; onde é inteiro mais meio, a água fica quase parada (linha nodal).
Rota PAS 2
Ondulatória: som, luz e ondas do mar · PAS 2
Fontes desta página
Os materiais abaixo contribuíram para a explicação e os exemplos deste assunto.
Rota PAS 2 — Ondulatória: som, luz e ondas do mar · Quando a onda encontra o mundo: reflexão, refração, difração e interferência (caixa de conceito com os quatro fenômenos, tabela dos donos das grandezas, polarização e ressonância; exemplo-guia do apito na piscina, da porta de 1 m e da afinação 440/442 Hz; itens 2015/65, 2018/110, 2016/11, 2012/47–48, 2010/74, 2008/25; armadilha dos donos das grandezas); Leia como na prova: dois itens de ondas dentro de uma fibra óptica (texto-base de 2023, reflexão total núcleo–casca); Como a banca cobra (histórico 2007–2025: 2007/41 e 43, 2010/76 e 120, 2015/66, 2019/91, 2025/90); Exercícios Nível 3 (itens 13–17: batimento, nós, cancelamento ativo, frequência na refração, taça) e Treino T3–T4, T8, T10–T12, T17, T19
Recorte por assunto: os fenômenos que a onda sofre ao encontrar obstáculo, novo meio, abertura ou outra onda. A página acrescenta ao livro as leis da reflexão com a normal, a fase na extremidade fixa/livre, a lei de Snell em duas linguagens com dois exemplos numéricos (ondas na água 30° → 14,5°; luz ar→vidro 45° → 28°), o ângulo limite e a reflexão total (42° vidro, 49° água), a refração das ondas do mar rumo à praia, os números da difração (3,4 m × 6,8 cm × 5 × 10⁻⁷ m diante de uma porta de 1 m; AM × FM × celular), o princípio de Huygens, a diferença de caminho com exemplo (λ = 0,80 m; 1,6 m e 1,2 m), Young qualitativo, a identidade do batimento com a explicação de por que f_bat = |f1 − f2| e não a metade, a equação da onda estacionária com nós e ventres e o exemplo 0,60 m / 360 m/s, a curva de ressonância com amortecimento e os casos históricos conferidos (Broughton 1831, Ponte do Milênio 2000), e a polarização com óculos, filtros cruzados e a lei de Malus. A versão anterior desta página (2 073 palavras, outro modelo) forneceu os exemplos numéricos de Snell (20 → 10 m/s a 30°; θc = 41,8°), do som de 500 Hz (0,68 → 3,0 m), da diferença de caminho (0,80 m), da corda (0,60 m, 360 m/s) e de Malus (60° → 1/4), todos conferidos e mantidos; a redação seca de tópicos foi refeita. Som (altura, intensidade, cordas e tubos musicais, Doppler) e luz (espectro, natureza) ficam nas páginas irmãs; a geometria de espelhos, lentes e da fibra óptica fica nas páginas planejadas de óptica.
Cadernos e gabaritos oficiais do PAS/UnB (Cebraspe) · PAS 2 2007 (itens 41 e 43, tsunami e Sri Lanka), 2009 (item 51, quatro ondas de Manet), 2010 (itens 74 e 76, afinação; item 120, dois meios e dois espelhos), 2012 (itens 47 e 48, caranguejos chama-maré), 2014 (item 104, cordas com extremos fixos), 2015 (itens 65 e 66, ionosfera), 2016 (item 11, Waldemar Cordeiro), 2019 (item 91, helicóptero), 2025 Parte 2 (item 90, olho humano); PAS 3 2014 (item 98, torres de celular)
Itens reproduzidos verbatim e conferidos na imagem dos PDFs (utils/material/PAS/provas/) nas páginas 9 (2007), 8 (2009), 13 e 19 (2010), 10 (2012), 19 (2014 PAS 2), 11 (2015), 5 (2016), 13 (2019), 8 da Parte 2 (2025) e 15 (2014 PAS 3); gabaritos conferidos em utils/material/PAS/pesquisa/classificacao-pas2/AAAA.json e classificacao-pas3/2014.json. As figuras impressas (mapas da simulação do tsunami, gráfico y × t das quatro ondas, gráfico da soma N1 + N2, esquema dos dois meios com espelhos, esquema dos caranguejos com 600 Hz e 590 Hz, figuras I e II das cordas, esquema da ionosfera com o ponto A, obra de Cordeiro, helicóptero com as fontes A e B, torres com L1 e L2) foram descritas em texto neutro no suporte das questões, nomeando os rótulos impressos. O item 2015/66 (tipo D) foi convertido em exemplo resolvido com a resposta construída descrita. Deixados para as páginas irmãs: acústica (2008/25, 2014/105, 2019/92–93), ondas eletromagnéticas (2023/102, PAS 3 2011/98) e as páginas planejadas de óptica geométrica / refração da luz (2009/106–107 e 109, 2010/118 e 121, 2014/110, 2018/78, 2019/70, 2020/105, 2022/105–106, 2023/97–98 e 100–101).