O que acontece com um pulso que se propaga de uma corda menos densa para uma mais densa?

Da mesma maneira que definimos reflexão no estudo da Óptica, podemos dizer que uma onda sofre reflexão quando, propagando-se em um determinado meio, incide na interface de separação com outro meio, voltando a propagar-se no meio original.

Se uma onda, propagando-se ao longo de uma corda, incide sobre uma de suas extremidades, ela será refletida. Quando o pulso chega a um extremo fixo, impossibilitado de oscilar, observa-se que o pulso refletido tem orientação oposta à do pulso incidente: dizemos que o pulso refletiu com inversão de fase. Veja a figura acima.

Isso ocorre porque a extremidade, sendo fixa, reage sobre a corda com uma força F de mesmo módulo da força exercida pela corda sobre ela (lei da ação e reação). Já no caso da figura abaixo, como a extremidade é livre, não há troca de forças entre ela e a corda, ocorrendo, assim, uma reflexão sem inversão de fase.

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O que acontece com um pulso que se propaga de uma corda menos densa para uma mais densa?

Temos que ficar atentos ao fato de que, como a velocidade de propagação dessa onda é uma função do meio material em que ela se propaga, os pulsos incidente e refletido têm velocidades de mesmo módulo. Portanto, a velocidade da onda é independente da fonte que a produz, de sua frequência ou do comprimento de onda, embora possa ser obtida, em qualquer situação, pela relação v = λ . f.


Por Domiciano Marques
Graduado em Física

Dá-se o nome de refração de uma onda à modificação de sua velocidade de propagação provocada pela passagem dessa onda de um meio para outro, de características diferentes. Duas cordas elásticas, de densidades lineares diferentes, constituem, para uma onda, diferentes meios de propagação, mesmo que sejam feitas de mesmo material.

Considere duas cordas de densidades lineares diferentes (uma corda grossa e outra corda fina) emendadas, como mostra a figura acima. Quando um pulso, propagando-se na corda mais fina, incide na junção com a corda mais grossa, parte da energia do pulso incidente é refratada e outra parte é refletida.

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O pulso refratado (ou transmitido) tem a mesma orientação do pulso incidente e o pulso refletido possui fase oposta.

Quando o fenômeno ocorre com a onda propagando-se da corda mais grossa para a corda mais fina, observa-se que o pulso refratado e o refletido possuem a mesma fase do pulso incidente. Vejamos a figura abaixo.

O que acontece com um pulso que se propaga de uma corda menos densa para uma mais densa?

Aproveite para conferir as nossas videoaulas relacionadas ao assunto:

Como vimos em REFLEXÃO DE ONDAS EM UMA CORDA, a velocidade de propagação desse pulso depende da RAIZ QUADRADA ENTRE A FORÇA DE TRAÇÃO NA CORDA E A SUA DENSIDADE LINEAR.

Mas e se este pulso mudar de meio ou, no caso, mudar de corda?Imagine que duas cordas com diferentes densidades lineares (mesmo comprimento, porém, com massas distintas) estão unidas e um pulso é criado em uma delas. O que irá acontecer quando esse pulso atingir o ponto que une essas duas cordas?

Figura 6 - Refração nas cordas (Pulso se propaga da corda menos densa para a mais densa)

O que acontece com um pulso que se propaga de uma corda menos densa para uma mais densa?

Figura 7 - Refração nas cordas (Pulso se propaga da corda mais densa para a menos densa)

O que acontece com um pulso que se propaga de uma corda menos densa para uma mais densa?

Disponível em: <http://simulab.ifisica.org/ondas/aulas/aula_0308/aula_0308.html>.

Observando  as animações, verificamos que quando ocorre refração nas cordas, a FREQUÊNCIA (f) e a FASE DO PULSO não se alteram.

Na primeira animação (pulso se propagando da corda mais fina para a corda mais grossa), verificamos que a velocidade do pulso e o comprimento de onda diminuem, já que a corda tem maior massa e o pulso encontra maior resistência para se propagar.

Já na segunda animação (pulso se propagando da corda mais grossa para a corda mais fina), a velocidade do pulso e o comprimento de onda aumentam.

Mas essas animações só mostram a refração da onda. Em geral, refração e reflexão são fenômenos que ocorrem de forma simultânea.

ANIMAÇÃO 08 - PULSO SE PROPAGANDO DA CORDA MAIS FINA PARA A CORDA MAIS GROSSA (REFLEXÃO E REFRAÇÃO)

O que acontece com um pulso que se propaga de uma corda menos densa para uma mais densa?

ANIMAÇÃO 09 - PULSO SE PROPAGANDO DA CORDA MAIS GROSSA PARA A CORDA MAIS FINA (REFLEXÃO E REFRAÇÃO)

O que acontece com um pulso que se propaga de uma corda menos densa para uma mais densa?

Com estas animações, podemos perceber que:

    o   Quando um pulso se propaga de uma corda menos densa (corda fina) para uma corda mais densa (corda grossa), temos:

    §  Reflexão com inversão de fase;

    §  Refração com diminuição de velocidade e comprimento de onda.

    o   Quando um pulso se propaga de uma corda mais densa (corda grossa) para uma corda menos densa (corda fina), temos:

    §  Reflexão com manutenção da fase;

    §  Refração com aumento de velocidade e comprimento de onda

O que acontece com um pulso que se propaga de uma corda menos densa para uma mais densa?

O que acontece com um pulso que se propaga de uma corda menos densa para uma mais densa?

O que ocorre quando um pulso passa de uma corda menos densa para uma mais densa?

Se o pulso se propaga da corda menos densa para a mais densa, a segunda corda se comporta como um ponto fixo para a primeira, e o pulso refletido sofre inversão de fase (Figura 8).

Quanto mais densa for a corda menor será a velocidade de propagação do pulso de onda nela?

Numa corda, a velocidade de propagação de uma onda é proporcional à raiz quadrada da tensão e inversamente proporcional à raiz quadrada da densidade. Ou seja, aumentenado-se a tensão, aumenta-se a velocidade da propagação e aumentando-se a densidade da corda, a velocidade diminui.

Quando uma onda passa para um meio mais denso?

É o fenômeno que ocorre quando uma onda passa de um meio para outro de características distintas, tendo sua direção desviada.

O que ocorre com um pulso em uma corda fixa?

Se uma onda, propagando-se ao longo de uma corda, incide sobre uma de suas extremidades, ela será refletida. Quando o pulso chega a um extremo fixo, impossibilitado de oscilar, observa-se que o pulso refletido tem orientação oposta à do pulso incidente: dizemos que o pulso refletiu com inversão de fase.