Interferência em Ondas Mecânicas

A interferência de ondas consiste na superposição de duas ondas no espaço. Esse fenômeno pode ser classificado de duas formas: Interferência Construtiva ou Destrutiva.

As ondas são pulsos energéticos que se propagam pelo espaço de forma periódica. Quando duas ondas superpõem-se na mesma região do espaço, ocorre a interferência, que resulta em outra onda com intensidade diferente. Essas variações na intensidade da onda resultante são chamadas de franjas de interferência.

Interferência Construtiva: Ocorre quando as duas ondas que se superpõem têm a mesma fase e uma “reforça” a outra, tendo como resultado uma onda maior que as que deram origem. Veja a figura:

Podemos ver na figura que a onda resultante da combinação das duas outras ondas tem a amplitude resultante dada pela soma das amplitudes individuais (no caso, as duas ondas são iguais, mas não é o que sempre acontece). Matematicamente:

A_resultante = A₁ + A₂

Sistematicamente, essa ação pode ocorrer de três formas:

• No encontro de duas ou mais cristas; a ascensão é equivale à soma das alturas individuais de cada onda;

• No encontro de dois ou mais vales; o decréscimo é equivale à soma (ou subtração, melhor dizendo) da altura equivalente à soma das alturas individuais de cada onda;

• Quando ocorre o encontro entre um vale e uma crista, um deles “tende a levantar” o meio, enquanto o outro “tende a abaixá-lo”. Desta forma, a amplitude resultante naquele ponto equivale à diferença das amplitudes individuais de cada onda. É o que aconteceu no exemplo dado, onde tanto a crista como o vale foram alterados. Desta forma, a amplitude resultante naquele ponto equivale à diferença das amplitudes individuais de cada onda. Esse caso é chamado de Batimento.

Um processo decorrente da Interferência Construtiva é a Ressonância, processo pelo qual um sistema físico recebe um energia por meio de excitações de frequência igual a uma de suas frequências naturais de vibração. Assim, o sistema físico passa a vibrar com amplitudes cada vez maiores.

Quando ocorrem excitações periódicas sobre o sistema, como quando o vento sopra com frequência constante sobre uma ponte durante uma tempestade, acontece um fenômeno de superposição de ondas que alteram a energia do sistema, modificando sua amplitude e, eventualmente, levando ao colapso.

Interferência Destrutiva: Ocorre quando duas ondas que se encontram têm fases diferentes de forma que uma aniquila a outra (a aniquilação ocorre somente se elas tirem igual valor de módulo de crista e/ou vale, mas sinal oposto, em geral, ocorre a diminuição do módulo da maior pela menor). Veja a figura:

A figura mostra que duas ondas que se propagam em fases diferentes, ao se encontrarem, anulam-se. O resultado é uma onda com amplitude nula. Veja como são feitos os cálculos nesse caso:

A_resultante= A₁+ A₂

Nesse exemplo temos que A₁= A e A₂= - A, substituindo na equação acima:

A_resultante= A₁+ A₂
A_resultante= A + (-A)
A_resultante= A- A
A_resultante= 0

Outro exemplo, onde não há aniquilação total:

A = -A₁+A₂

As Interferências Destrutivas também pode acontecer igualmente a Construtiva de três formas, apenas mudando que os módulos são subtraídos momentaneamente e no último caso dos três, ao invés de Batimento, o processo realizado é chamado de Ondas Estacionárias, que será trabalhada detalhadamente a seguir.

Ondas Estacionárias

São ondas resultantes da superposição de duas ondas de mesma frequência, mesma amplitude, mesmo comprimento de onda, mesma direção e sentidos opostos. Elas se aniquilam, ou seja, são ondas iguais dado no primeiro exemplo de Interferência Destrutiva acima.

Uma onda estacionária se caracteriza pela amplitude variável de ponto para ponto, isto é, há pontos da corda que não se movimentam (amplitude nula), chamados nós (ou nodos, representado por n na imagem), e pontos que vibram com amplitude máxima, chamados ventres (representado por v na imagem). Os nodos são anulados graça à ação de Interferência Destrutiva e os ventres devido à Interferência Construtiva.

Após o encontro em todos os casos, as duas ondas voltam a propagar-se com as suas características iniciais.