Quando ouvimos a palavra “onda” imediatamente nos lembramos de algo como mostrado na figura ao lado: uma bela onda quebrando na praia. Mas a palavra “onda” representa muito mais que isso. Em Física uma onda é uma sucessão de perturbações que é capaz de transmitir energia de um local a outro. É claro que para entender melhor como isso funciona é preciso antes saber o que é uma perturbação. E o que é uma perturbação?

A idéia mais comum de “perturbação” vem dos seus sinônimos: “desordem”, “transtorno”. Ou seja, uma perturbação é algo que “altera o estado normal” de um ambiente, provocando alguma mudança que desequilibre esse ambiente. É comum, por exemplo, dizermos: “pare de perturbar, você está me tirando do sério!”.

Em Física, “perturbação” tem um significado muito parecido: perturbação é uma modificação em algum ponto de um meio que causa um desequilíbrio de energia nesse local. Por exemplo, quando um inseto pousa sobre a superfície tranqüila (em equilíbrio) de uma poça de água, seu peso, ainda que pequeno, causa uma pequena deformação na superfície da poça. Mesmo que esse inseto pousasse sobre uma folha ou mesmo em um tronco de árvore, da mesma forma sempre haveria uma pequeníssima alteração nessa superfície. Em muitos casos essa alteração é imperceptível.

A forma como perturbamos um dado meio pode ser muito variada, pois existem muitas maneiras diferentes de perturbarmos o ambiente. Por exemplo, quando colocamos uma colher de metal em uma xícara de café quente, nós perturbamos tanto o café quanto a extremidade da colher colocada no café, alterando sua temperatura. Mas também poderíamos simplesmente dar uma pequena batida na ponta da colher e ainda assim estaríamos causando uma perturbação nela. Até mesmo o som de nossa voz pode causar perturbações nessa colherinha.

No entanto, qualquer que seja a forma como perturbamos um meio, ela sempre envolverá uma troca de energia com esse meio, e essa energia extra que o meio recebe pode ou não “se espalhar” pelo meio. Se o meio absorve a energia e se modifica, de maneira a assumir uma nova forma de equilíbrio, então a perturbação não se espalha e não transporta consigo a energia, mas se o meio não é capaz de absorver essa energia extra, então ele se livra dela por meio da propagação da perturbação.

O tsunami que arrasou muitas regiões da Ásia no final do ano passado, por exemplo, foi extremamente devastador por ser uma perturbação que transportava uma quantidade gigantesca de energia. Essa energia originou-se em um sismo (*1) no fundo do oceano e a perturbação causada na superfície transportou essa energia espalhando-a por centenas de quilômetros. Quanto mais próximo da região onde a perturbação se deu, tanto maior a perturbação e a quantidade de energia contida em seu movimento.

Mas por que estou perturbando você, querido leitor, com esse assunto aparentemente chato e sem importância? O motivo é simples e perturbador: todos os nossos sentidos se baseiam na capacidade que desenvolvemos de detectar essas perturbações causadas em nosso organismo pelo mundo exterior a nós! E ainda mais interessante: somos capazes de associar as perturbações causadas no meio externo com as perturbações que são causadas em nós mesmos por esse meio externo! É dessa forma estranha que tomamos conhecimento de tudo aquilo que existe “fora de nós mesmos”.

Se você está lendo esse texto, por exemplo, então pode ter certeza de que seus olhos estão recebendo energia luminosa e isso está causando neles uma perturbação. Essa perturbação, após se propagar até nosso cérebro, é interpretada como uma “imagem”. O processo todo é muito complexo, mas pode ser descrito como uma série muito grande de perturbações que foram se propagando desde o local de origem, para onde você está olhando, até a nossa “consciência”. A luz que parte do monitor ou do papel para onde você está olhando agora é uma onda, isto é, uma seqüência de perturbações eletromagnéticas. Após ser absorvida em nossa retina ela causa perturbações químicas diversas e, mesmo já não sendo luz, transporta energia de um ponto a outro de nosso cérebro na forma de perturbações químicas e elétricas.

Se você estiver ouvindo alguém ler esse texto, da mesma forma estará recebendo energia transportada por perturbações mecânicas causadas no ar e que chamamos, nesse caso, de “som”. A onda sonora que chega aos nossos ouvidos nada mais é do que uma seqüência de perturbações transportadas no ar e que trazem energia até nossos tímpanos (*2). Do tímpano até o cérebro novamente temos um processo complexo que envolve uma seqüência de perturbações mecânicas, químicas e elétricas e, por fim, acabamos interpretando essas perturbações como sendo um “som”.

Se esse texto estivesse escrito em braile você poderia “senti-lo” usando seu tato para isso. O tato também envolve perturbações mecânicas em nossa pele que disparam outras perturbações químicas e elétricas e acaba sendo interpretado por nosso cérebro como a sensação de “toque”.

Infelizmente ainda não temos uma linguagem de sabores e odores (*3), mas se tivéssemos talvez fosse possível compreender um texto interpretando os aromas e sabores dele e, em ambos os casos, também temos perturbações causadas em nossa língua e em nossos narizes que causam outras perturbações químicas e elétricas e acabam sendo interpretadas pelo nosso cérebro como odores e sabores.

O mesmo é verdadeiro para nossa sensação de quente e frio (*4) e poderíamos até imaginar uma forma de escrever um texto “térmico”.

Tudo aquilo que causa uma perturbação em nossos sistemas sensoriais, seja ele a retina, a língua, o ouvido, a pele etc., dispara outras perturbações e acaba chegando ao cérebro onde é interpretado de alguma forma (como imagem, som, cheiro, gosto, tato etc.). É assim, trocando energia com o meio externo a nós, que obtemos informações sobre ele e podemos compreendê-lo. As ondas são as principais responsáveis pelo transporte de energia e informação de um local a outro e isso se deve à forma muito especial como elas fazem esse transporte dessa energia: sem o transporte conjunto da matéria.

Quando as ondas necessitam de um meio mecânico para se propagarem, como o som, nós as chamamos de ”ondas mecânicas” e quando elas também podem se propagar sem um meio material, como no vácuo, nós as chamamos de “ondas eletromagnéticas”. Na verdade também existem ondas que se propagam no vácuo e que não são ondas eletromagnéticas, como as ondas gravitacionais (*5), por exemplo.

Algumas ondas são constituídas por uma seqüência regular de perturbações, isto é, uma seqüência de perturbações que se repetem em intervalos de tempo iguais. Nesse caso chamamos a onda de “periódica”, a duração de cada perturbação individual chama-se “período da onda” e a quantidade de perturbações em uma dada unidade de tempo é chamada de “freqüência” (freqüência e período são grandezas inversas). As diferentes cores de luz que somos capazes de ver são ondas eletromagnéticas de diferentes freqüências, por exemplo. Assim, quando vemos um arco-íris estamos vendo ondas eletromagnéticas de diferentes freqüências (cada cor tem sua freqüência). Da mesma forma, uma música é uma seqüência de sons de diferentes freqüências.

A possibilidade de nosso corpo “detectar” uma onda e absorver sua energia, interpretando-a de uma dada maneira, depende da freqüência da onda. Para o som, por exemplo, nosso ouvido só consegue “entender” ondas sonoras que chegam nos nossos tímpanos com freqüências entre 20 Hz (vinte perturbações por segundo) e 20.000 Hz (20.000 perturbações por segundo). Freqüências abaixo de 20 Hz ou acima de 20.000 Hz são recebidas pelo tímpano, mas as perturbações que elas nos causam não podem ser traduzidas pelo nosso cérebro como “sons”. Dizemos então que esses sons são “inaudíveis”.

Já para a luz, nossos olhos são capazes de detectar ondas eletromagnéticas com freqüências entre 430.000.000.000.000 Hz e 750.000.000.000.000 Hz. Isso mesmo! As ondas eletromagnéticas que somos capazes de absorver e interpretar como luz visível têm freqüência da ordem de trilhões de perturbações por segundo! E não são somente os nossos olhos que percebem a luz, nossa pele também é capaz de absorvê-la. Mas em nossa pele essa luz é absorvida e transformada em perturbações mecânicas que acabam sendo interpretadas como “calor”. É por isso que “esquentamos” quando ficamos expostos ao sol.

Nem todas as ondas eletromagnéticas podem ser absorvidas por nosso corpo. As ondas eletromagnéticas na freqüência do rádio ou da TV, por exemplo, passam por nós sem serem absorvidas.

É interessante notar que apesar das ondas transportarem energia e, portanto, informação, elas não transportam matéria. Um barquinho no oceano fica oscilando para cima e para baixo conforme as ondas passem por ele, mas ele não é arrastado pelas ondas. Da mesma forma o som passa pelo ar “sem fazer vento”. O fato de as ondas transportarem energia e não transportarem matéria é o que permite que a energia “se espalhe” facilmente pelo universo.

Outra característica importante das ondas é o fato de elas não se moverem como os corpos materiais. Os corpos materiais possuem inércia (*6), as ondas não! Uma onda sonora, por exemplo, move-se com velocidade de aproximadamente 340 m/s no ar, mas quando essa onda sonora penetra em uma piscina ela passa a se propagar na água com velocidade de aproximadamente 1450 m/s! Esse incrível aumento de 1110 m/s é instantâneo e não requer nenhuma “força” para “empurrar a onda”. A velocidade de propagação de uma dada onda depende apenas do meio onde ela se propaga, assim, mudando-se as características do meio, muda-se a velocidade de propagação da onda. Interessante, não?

E interessante também é saber que essa mudança na velocidade de propagação pode causar mudanças na direção de propagação da onda. Esse fenômeno, também conhecido como “refração” (*7), é o que nos permite construir lentes e vários instrumentos ópticos. Nosso cristalino, por exemplo, é uma lente na qual ocorre desvio na direção de propagação da luz de forma que ela possa se concentrar na retina de maneira a formar uma imagem nítida do objeto do qual estamos recebendo a luz. Como você pode ver, nosso corpo está muito bem adaptado para trabalhar com as ondas.

Se você não se convenceu ainda de que as ondas estão por toda parte e de que não poderíamos existir sem elas, que tal agora se eu lhe dissesse que você mesmo é uma onda? Sim, você, eu, o poste, o computador, a cadeira e qualquer outra coisa que você possa imaginar, somos todos “ondas”!

Pelo menos foi a essa conclusão que chegou Louis Victor Pierre Raymond duque de Broglie (1892-1987), que em 1924, tomando por base os trabalhos de Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947) e Albert Einstein (1879-1955), dentre outros (veja o artigo “Ano Mundial da Física: e daí?” na seção de links), concluiu que, assim como a luz apresentava um comportamento semelhante ao de uma partícula material em determinadas situações, também as partículas materiais (e qualquer objeto material) poderiam se comportar como ondas sob certas circunstâncias.

Essa conclusão passou então a ser um dos postulados da Mecânica Quântica e estabelece o que hoje chamamos de “princípio da dualidade onda-partícula”. Segundo esse princípio tudo na natureza apresenta-se ora como onda, ora como partícula, dependendo apenas do tipo de fenômeno que estamos observando.

Agora que você já sabe que tudo nesse nosso mundo pode se resumir a ondas, que tal deixar de onda e procurar aprender um pouco mais sobre elas? Na seção de links há várias sugestões para leitura e no seu material didático você deparará com as ondas em várias oportunidades. Não perca essa onda!