Ondas: as principais diferenças entre som e luz

As ondas fazem parte da nossa vida: elas estão ao nosso redor, no nosso cotidiano e até na prova do Enem! Ondulatória é a terceira área da física que mais aparece no exame, abrangendo cerca de 12,8% das provas nos últimos anos.

Mas, afinal, o que é uma onda?

Uma onda é definida como uma perturbação transmitida no espaço e no tempo, se repetindo regularmente.

A fim de entender as ondas, precisamos antes definir algumas das grandezas físicas mais importantes associadas a elas:

• Amplitude (A): deslocamento máximo em relação à posição de equilíbrio (indicada pela linha tracejada na figura abaixo) de uma onda.

• Comprimento de onda (λ): distância entre duas partes idênticas e consecutivas de uma onda.

• Frequência (f): grandeza escalar correspondente ao número de vezes em que uma onda se repete por unidade de tempo. Lembre-se: a frequência de uma onda depende apenas da fonte que a emite.

• Período (T): tempo de duração de uma oscilação completa.

Frequência (f) e Período (T) são grandezas inversas, ou seja, quanto maior a frequência de uma onda, menor o seu período (e vice-versa). Em resumo:

f = 1 / T ou T = 1 / f

Ondas mecânicas vs ondas eletromagnéticas

Inegavelmente, uma das principais diferenças entre as ondas sonoras e luminosas é a sua interação com o meio de propagação.

O som é um exemplo de onda mecânica. Esse tipo de onda precisa de um meio material para se propagar. Elas não transportam o meio em si, apenas energia através dele (na forma de vibrações):

Em contrapartida, a luz é um exemplo de onda eletromagnética. Esse tipo de onda não depende de um meio material para se propagar. A perturbação é causada em campos eletromagnéticos e se propaga através deles:

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Ondas transversais vs ondas longitudinais

Outra diferença entre som e luz é a direção de suas vibrações:

A luz é uma onda transversal. Nesse tipo de onda, a vibração individual das partículas ocorre em uma direção perpendicular à propagação da onda como um todo:

Os pontos de uma onda transversal mais distantes da posição de equilíbrio têm nomes especiais:

• Crista: ponto mais alto de uma onda.

• Vale: ponto mais baixo de uma onda.

Em contrapartida, o som é uma onda longitudinal. Nesse tipo de onda, a vibração individual das partículas ocorre na mesma direção de propagação da onda como um todo:

Esse tipo de onda é também chamado de onda de compressão, pois ela se transmite produzindo zonas de compressão e zonas de rarefação:

• Zona de Compressão: região onde o meio de propagação se encontra mais comprimido, ou seja, onde a densidade de partículas é maior. É equivalente à crista de uma onda transversal.

• Zona de Rarefação: região onde o meio de propagação se encontra menos comprimido, ou seja, onde a densidade de partículas é menor. É equivalente ao vale de uma onda transversal.

Velocidade de uma onda

A velocidade de uma onda é uma grandeza vetorial que representa a rapidez com que uma onda se propaga, juntamente com a direção e o sentido dessa propagação.

Sabemos que, na Cinemática, uma velocidade (v) equivale à razão entre as grandezas distância e tempo. Para uma onda, podemos pensar em uma relação parecida: a razão entre o comprimento de onda (λ) e o seu período de oscilação (T):

v = λ / T

Conforme visto anteriormente, o período (T) de uma onda é sempre inverso à sua frequência (f). Dessa forma, chegamos a uma relação conhecida como a equação fundamental da ondulatória:

v = λ f

É importante lembrar que a velocidade de uma onda, independentemente do seu tipo, depende do meio em que ela está se propagando.

A velocidade da luz no vácuo vale aproximadamente 300.000.000 m/s (ou 3 · 10⁸ m/s). Já em um material como o vidro, pouco mais de um terço dessa velocidade é perdida.

A velocidade do som no ar vale aproximadamente 340 m/s. Já na água, um meio material mais elástico, essa velocidade é quatro vezes maior!

Essa diferença absurda entre as velocidades do som e da luz tem diversas consequências interessantes. Você pode conferir uma delas no nosso blog post: Raios, Trovões e Relâmpagos.

Resumo: diferenças entre a luz e o som

Agora que você já sabe sobre a ondulatória e sobre as principais características da luz e do som, preparamos um resumo para que você possa consolidar o entendimento sobe o assunto. Resumidamente:

Ondas Sonoras:

• São ondas mecânicas.
• Precisam de um meio material para se propagar (sólidos, líquidos ou gases).
• Propagam-se a velocidades mais lentas (em torno de 343 m/s no ar).
• São ondas longitudinais, com partículas do meio movendo-se na mesma direção da onda.
• Transportam energia mecânica.
• Possuem um espectro de frequência audível pelo ouvido humano (20 Hz a 20.000 Hz).

Ondas de Luz:

• São ondas eletromagnéticas.
• Não necessitam de um meio material, podem propagar-se no vácuo ou em meios transparentes.
• Movem-se a uma velocidade muito alta (aproximadamente 299.792.458 m/s no vácuo).
• São ondas transversais, com oscilações perpendiculares à direção de propagação.
• Transportam energia eletromagnética e podem aquecer objetos.
• Possuem um amplo espectro de frequência, abrangendo desde raios gama até ondas de rádio.

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