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    Interferência de onda: construtiva e destrutiva (com exemplos)

    Às vezes, quando uma onda viaja através de um meio, ela encontra outra onda, também viajando através do mesmo meio. O que acontece quando essas ondas colidem? Acontece que as ondas se combinam de uma maneira relativamente intuitiva e fácil de calcular. Não só isso, mas também existem muitas aplicações úteis da interferência de ondas no laboratório e na vida cotidiana.
    Combinando ondas

    Para saber o que a combinação de ondas fará Para fazer um determinado ponto no meio em um dado momento, basta adicionar o que eles estariam fazendo de forma independente. Isso é chamado de princípio de superposição
    .

    Por exemplo, se você plotar as duas ondas no mesmo gráfico, basta adicionar suas amplitudes individuais em cada ponto para determinar a resultante onda. Às vezes, a amplitude resultante terá uma magnitude combinada maior nesse ponto, e às vezes os efeitos das ondas se cancelarão parcial ou completamente.

    Imagine se tivéssemos a onda A viajando para a direita e a onda B viajando para a esquerda. Se olharmos para um determinado ponto no espaço em que a onda A teve um deslocamento para cima de 2 unidades, enquanto a onda B teve um deslocamento para baixo de 1 unidade, a onda resultante teria um deslocamento para cima de 1 unidade: 2 - 1 \u003d 1.
    Interferência Construtiva

    Em interferência construtiva
    , o deslocamento do meio deve estar na mesma direção para ambas as ondas. Eles se combinam para formar uma única onda com uma amplitude maior do que qualquer uma das ondas individualmente. Para perfeita interferência construtiva, as ondas devem estar em fase - o que significa que seus picos e vales se alinham perfeitamente - e têm o mesmo período.
    Interferência destrutiva

    Para interferência destrutiva
    , o deslocamento do meio para uma onda está na direção oposta à da outra onda. A amplitude da onda resultante será menor que a da onda com amplitude maior.
    Para uma interferência destrutiva perfeita, onde as ondas se cancelam para criar amplitude zero, as ondas devem estar exatamente fora de fase - significando que o pico de um se alinha perfeitamente com o vale do outro - e tem o mesmo período e amplitude. (Se as amplitudes não forem as mesmas, as ondas não serão canceladas exatamente como zero.)

    Observe que a interferência destrutiva não interrompe a onda; apenas traz sua amplitude naquele lugar em particular a zero. Interferência é o que acontece quando as ondas passam umas pelas outras - uma vez que as ondas não estão mais interagindo, elas retornam às suas amplitudes originais.
    Refletindo as ondas

    As ondas podem refletir nas superfícies e nos pontos fixos onde quer que o meio eles estão viajando através de alterações para um meio diferente.

    Se uma corda é fixada em um lado, qualquer onda que viaja ao longo da corda que atinge esse ponto fixo será refletida "de cabeça para baixo" ou como um versão reversa da onda original. Se uma corda estiver livre de um lado, qualquer onda que viajar ao longo da corda que atinge o final será refletida do lado direito para cima. Se uma corda estiver amarrada a outra de densidade diferente, quando uma onda atingir essa parte da conexão, ela será refletida (como se o final da corda fosse fixa) e parte dela continuará.

    Quando um Se uma onda na água ou no ar atingir uma superfície, ela refletirá nessa superfície no mesmo ângulo em que atingiu. Isso é chamado de ângulo de incidência.

    As ondas refletidas geralmente podem interferir entre si, o que pode, em circunstâncias especiais, criar um tipo especial de onda conhecido como onda estacionária.
    Ondas estacionárias

    Imagine uma corda com uma ou as duas extremidades fixas. Uma onda que viaja nessa corda que atinge um fim fixo refletirá nessa extremidade, viajando na direção oposta e interfere na onda original que a criou.

    Essa interferência não é necessariamente perfeitamente construtiva ou destrutiva, a menos que o comprimento da corda é um múltiplo da metade do comprimento de onda da onda.

    [imagem de frequências fundamentais /harmônicas fundamentais]

    Isso cria um padrão de onda estacionária: ondas originais de saída interferindo nas ondas refletidas enquanto elas mova-se em direções opostas. As ondas indo em direções opostas interferem entre si de tal maneira que não parecem mais estar se movendo; em vez disso, parece que seções da string estão simplesmente se movendo para cima e para baixo no lugar. Isso ocorre, por exemplo, nas cordas da guitarra quando são arrancadas.

    Os pontos na corda que parecem fixos são chamados nós
    . A meio caminho entre cada par de nós, há um ponto na corda que atinge a amplitude máxima; esses pontos são chamados antinodos
    .

    A frequência fundamental
    , ou primeiro harmônico
    , de uma string ocorre quando o comprimento da string é metade A onda estacionária então se parece com um único pico de onda vibrando para cima e para baixo; possui um antinodo e um nó em cada extremidade da corda.

    A onda estacionária com comprimento de corda igual ao comprimento de onda da onda é chamada de segunda harmônica; possui dois antinodos e três nós, onde dois nós estão nas extremidades e um nó está no centro. Os harmônicos são muito importantes para a maneira como os instrumentos musicais criam música.
    Exemplos de interferência de ondas

    Os fones de ouvido com cancelamento de ruído funcionam com o princípio de interferência destrutiva das ondas sonoras. Um microfone nos fones de ouvido detecta qualquer ruído de baixo nível ao seu redor e, em seguida, os fones de ouvido emitem ondas sonoras nos seus ouvidos que interferem destrutivamente no ruído do ambiente. Isso cancela completamente o ruído do ambiente, permitindo que você ouça suas músicas e podcasts com muito mais clareza em um ambiente barulhento.

    Os silenciosos nos carros funcionam da mesma forma, embora de uma maneira mais mecânica. O tamanho das câmaras de um silenciador é projetado com precisão, de modo que quando o ruído do motor entra no silenciador, ele interfere destrutivamente com seu próprio ruído refletido, tornando o carro mais silencioso.

    A luz de microondas emitida pelo forno de microondas também apresenta interferência. Existem locais dentro do micro-ondas onde as ondas de luz emitidas para o interior do forno interferem de maneira construtiva e destrutiva, aquecendo mais ou menos a comida. É por isso que a maioria dos fornos de microondas tem uma placa rotativa dentro: para impedir que sua comida seja completamente congelada em alguns pontos e ferva em outros. (Não é uma solução perfeita, mas é melhor do que a comida ficar parada!)

    A interferência de ondas é uma consideração muito importante ao projetar salas de concertos e auditórios. Essas salas podem ter "pontos mortos", onde o som do palco, refletido nas superfícies da sala, interfere destrutivamente em um determinado local da platéia. Isso pode ser evitado através da colocação cuidadosa de materiais absorventes e refletores nas paredes e no teto. Algumas salas de concerto terão alto-falantes direcionados a esses pontos para permitir que os membros da platéia ainda possam ouvir adequadamente.
    Padrões de interferência de ondas eletromagnéticas

    Assim como em outras ondas, as ondas de luz podem interferir entre si e pode difratar ou dobrar em torno de uma barreira ou abertura. Uma onda difrata mais quando a abertura é mais próxima em tamanho do comprimento de onda da onda. Essa difração causa um padrão de interferência - regiões onde as ondas se juntam e regiões onde as ondas se cancelam.

    Vamos dar o exemplo da luz passando por uma única fenda horizontal. Se você imaginar uma linha reta do centro da fenda para a parede, onde essa linha atinge a parede deve ser um ponto brilhante de interferência construtiva.

    Podemos modelar a luz que passa através da fenda como uma linha de várias fontes pontuais que irradiam para o exterior. A luz das fontes à esquerda e à direita da fenda terá percorrido a mesma distância para chegar a esse ponto específico na parede e, portanto, estará em fase e interferirá construtivamente. O próximo ponto à esquerda e o próximo à direita também interferirão construtivamente, e assim por diante, criando um máximo brilhante no centro.

    O primeiro ponto em que ocorrerá interferência destrutiva pode ser determinado como A seguir, imagine: Imagine a luz vindo do ponto no lado esquerdo da fenda (ponto A) e um ponto vindo do meio (ponto B). Se a diferença de caminho de cada uma dessas fontes para a parede diferir em 1 /2λ, 3 /2λ e assim por diante, elas interferirão destrutivamente.

    Se considerarmos o próximo ponto à esquerda e o próximo ponto à direita do meio, a diferença de comprimento do caminho entre esses dois pontos de origem e os dois primeiros seria aproximadamente a mesma e, portanto, eles também interfeririam destrutivamente.

    Esse padrão se repete para todos os pares de pontos restantes , significando que se a luz que vem do ponto A e do ponto B interfere em um determinado ponto da parede, toda a luz que entra pela fenda sofre interferência no mesmo ponto.

    Um padrão de difração ligeiramente diferente também pode ser obtido passando a luz através de duas pequenas fendas separadas pela distância a em um experimento de dupla fenda. Aqui vemos interferência construtiva (pontos brilhantes) na parede sempre que a diferença de comprimento do caminho entre a luz proveniente das duas fendas é um múltiplo do comprimento de onda λ.
    O que é um interferômetro?

    Cientistas usam interferência de ondas todos os dias para fazer descobertas emocionantes, usando interferômetros. Um interferômetro é um instrumento científico que usa a interferência das ondas de luz para fazer medições e realizar experimentos.

    Um interferômetro básico pega um raio laser e o divide em dois feixes. Um feixe fará coisas muito diferentes ou fará coisas diferentes, dependendo da pergunta que os cientistas estão tentando responder. As vigas serão então recombinadas, mas as diferentes experiências que elas tiveram as terão alterado. Os cientistas podem observar a interferência dos dois feixes de laser agora diferentes para investigar questões científicas, como a natureza das ondas gravitacionais.
    O Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser (LIGO) é um interferômetro gigante que envia sua divisão feixes de laser a 4 km de distância e para trás.

    Os feixes divididos estão em ângulo reto; portanto, se uma onda gravitacional passar pelo interferômetro, isso afetará cada feixe de maneira diferente. Isso significa que eles irão interferir um com o outro quando forem recombinados, e o padrão de interferência informa os físicos sobre o que causou as ondas gravitacionais. Foi assim que o LIGO detectou ondas gravitacionais de buracos negros colidindo, uma descoberta que ganhou o Prêmio Nobel em 2017.

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