Classificação de ondas
Onda é a propagação de energia sem transporte de matéria — as partículas do meio apenas oscilam em torno da posição de equilíbrio. Classifica-se por três critérios: natureza, relação entre perturbação e propagação, e número de dimensões em que a energia se distribui.
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Quanto à natureza, as ondas podem ser mecânicas, que exigem um meio material para se propagarem e dependem das propriedades elásticas desse meio — como o som, que não viaja no vácuo, e as ondas numa corda —, ou eletromagnéticas, que se propagam inclusive no vácuo, pois resultam da oscilação de campos elétricos e magnéticos, como a luz, o calor radiante e as ondas de rádio. Quanto à relação entre a perturbação e a direção de propagação, a distinção é entre ondas longitudinais, cujas partículas vibram na mesma direção do avanço da energia — o exemplo clássico é o som, em que as compressões e rarefações do ar se dão ao longo da trajetória —, e transversais, em que a vibração é perpendicular à propagação, como nas ondas de uma corda ou nas ondas eletromagnéticas.
Algumas ondas, aliás, combinam os dois modos, como as ondas na superfície da água, em que as partículas descrevem trajetórias aproximadamente circulares. Quanto ao número de dimensões, têm-se ondas unidimensionais (corda), bidimensionais (superfície de um líquido) e tridimensionais (som no ar, luz de uma lâmpada), o que determina como a energia se distribui no espaço.
Quanto à natureza
Mecânicas exigem meio material: som, ondas em cordas, ondas do mar, sismos. Eletromagnéticas propagam-se no vácuo, com $c=3\times 10^{8}\ \mathrm{m/s}$: luz, rádio, raios X. Daí não haver som no espaço, mas haver luz.
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A classificação quanto à natureza depende do que oscila e de a perturbação precisar ou não de um meio para se propagar. Nas ondas mecânicas, a oscilação é de partículas do próprio meio material, e a energia caminha pela interação entre elas: cada porção empurra a vizinha, transmitindo o distúrbio sem que haja transporte de matéria ao longo da trajetória. Isso explica por que o som não atravessa o vácuo, pois sem partículas não existe “quem” empurre “quem”. Já nas eletromagnéticas, o que oscila são os campos elétrico e magnético, que se sustentam mutuamente e por isso dispensam meio material — daí a luz do Sol chegar até nós.
Quanto à relação perturbação × propagação
Transversais: oscilação perpendicular à propagação — luz, ondas em cordas; só estas podem ser polarizadas. Longitudinais: oscilação paralela à propagação, com compressões e rarefações — o som em qualquer meio. Ondas do mar combinam as duas.
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A chave para entender essa classificação é notar que a perturbação e a propagação são grandezas vetoriais independentes: a onda transporta energia e momento numa direção, enquanto cada ponto do meio oscila em torno da posição de equilíbrio segundo outra direção, e é essa defasagem angular entre as duas que define o tipo de onda. Nas transversais, o deslocamento de cada partícula é perpendicular à velocidade de propagação; nas longitudinais, é paralelo.
Vale notar que a velocidade da onda depende das propriedades do meio (tensão e densidade na corda, módulo de compressão e densidade no gás), e não da direção da oscilação, o que explica por que ondas P e S de um terremoto, uma longitudinal e outra transversal, chegam ao sismógrafo em tempos diferentes.
Quanto à distribuição da energia
Unidimensionais, como o pulso numa corda; bidimensionais, como as ondas na superfície da água; e tridimensionais, como o som e a luz emitidos por uma fonte pontual. Nestas últimas, a intensidade cai com $\frac{1}{d^{2}}$.
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A classificação quanto à distribuição de energia descreve como a perturbação se propaga pelo espaço e, principalmente, como a energia transportada pela onda se dilui geometricamente. O critério prático é simples: observe a frente de onda — a superfície formada por todos os pontos que oscilam em fase. Se essa frente é um ponto (a onda avança ao longo de uma linha), a onda é unidimensional, como o pulso numa corda ou numa mola. Se a frente é uma linha que se espalha, ela é bidimensional, caso típico das ondas circulares na superfície de um lago após a queda de uma pedra; a energia fica confinada à superfície e decai com 1/d, pois o perímetro do círculo cresce linearmente com a distância.
Já se a frente é uma superfície fechada que se expande, a onda é tridimensional, como o som de uma explosão ou a luz de uma lâmpada; aqui a energia se distribui por uma casca esférica cuja área cresce com 4πd², o que explica a queda da intensidade com 1/d².