Sciam
Clique e assine Sciam
Artigos

O Fascínio das Ondas

Talvez o mar tenha oferecido, para a maioria de nós, os primeiros contatos com coisas que percebemos claramente como ondas

Otaviano Helene
©Willyam Bradberry/ Shutterstock
Há muitos efeitos interessantes que ocorrem com as ondas ou que são provocados por elas. Vamos ver um deles nas ondas do mar: a refração, um efeito que pode manifestar-se quando uma onda sai de um meio e penetra em outro diferente. (A lei de Snell, conhecida dos estudantes do ensino médio, descreve a refração da luz quando passa de um meio com determinado índice de refração para outro com índice de refração diferente.)

As ondas que chegam às praias vêm do alto-mar, onde são formadas e se propagam em todas as direções. Portanto, em uma praia aberta para o mar (que não seja em uma enseada ou em uma baía), elas se aproximam da costa a partir de direções diferentes. Mas quem vai à praia certamente já percebeu que as ondas chegam, tipicamente, de frente e se quebram paralelamente ou quase paralelamente à faixa de areia. O que faz as ondas ficarem paralelas à praia? A resposta é: a refração. À medida que as ondas vão se aproximando da praia, elas mudam a direção de propagação até se alinharem com a faixa de areia.

A refração é um fenômeno que ocorre quando uma onda deixa um meio com certa característica e entra em outro, com característica diferente. No caso da luz, a característica do meio que importa é o índice de refração. E no caso de uma onda no mar próximo às praias a característica do meio que importa é a profundidade da água.

Quando o comprimento de onda de uma onda é muito maior que a profundidade da água, como acontece próximo à costa com as ondas que vêm de longe, sua velocidade depende praticamente apenas da profundidade da camada de água e é dada por v= ²√gh, onde g é a aceleração da gravidade e h é a profundidade. Por exemplo, se a profundidade for de 2m, a velocidade será de 4,4 m/s, ou 16km/h. Agora, imagine uma onda que se aproxima da costa segundo uma direção inclinada em relação à praia e faça a seguinte sequência de raciocínios: a profundidade do mar aumenta à medida que se distancia da  praia; uma parte de uma mesma frente de onda (frente de onda é aquilo que chamamos simplesmente de onda quando estamos na praia) que está mais distante da praia,  portanto em águas mais profundas, deve se propagar mais rapidamente que uma parte da mesma frente de onda mais próxima à praia; portanto, conforme a onda se propaga, sua parte mais distante da praia desloca-se mais rapidamente que a parte mais próxima à praia. Consequência: a onda vai mudando a direção de propagação, ficando cada vez mais paralela à praia. Esse é um dos efeitos que explicam por que as ondas se quebram paralalemente às praias.
Se você quiser ver um interessante exemplo de refração procure no mapa disponível no Google as coordenadas 23° 7’ 40.12”S e 14° 25’ 57.12”E (que correspondem à costa da Namíbia). No dia em que aquela imagem foi obtida, pelo menos a que estava disponível no início de maio de 2012, as ondas chegavam próximo à costa segundo uma inclinação de mais ou menos 30o. Entretanto, à medida que se aproximavam da praia elas iam mudando de direção, até se quebrarem paralelamente a ela. Você pode perceber isso, na imagem, pelas espumas formadas pelas ondas ao se quebrarem. As ondas foram, refratadas. (Refração também é o efeito que explica as miragens que observamos nas estradas asfaltadas em dias ensolarados e que faz com que um carro distante pareça como que refletido no chão, como se a estrada estivesse molhada. Essa é a miragem mais explorada nas histórias em quadrinhos quando algum personagem sedento está perdido no deserto.)

A refração ocorre também com outros tipos de onda na água. O terrível tsunami que ocorreu no final de 2004, no oceano Índico, a leste da Índia, por exemplo, atingiu a costa oeste desse país. O que ocorreu foi uma refração das ondas do tsunami, o mesmo efeito que faz as ondas chegarem paralelamente às praias. É possível encontrar, na internet, várias animações mostrando a propagação de ondas provocada por aquele tsunami e a refração deles ao passar pelo sul da Índia. Nessas animações, percebem-se também outros efeitos típicos de ondas na água, como reflexão e difração.

Além da refração, ondas na água apresentam outros efeitos interessantes. Entre eles os que fazem com que, em uma enseada, as ondas também se quebrem paralelamente à praia, que inclui, além da refração, a difração quando as ondas atravessam a entrada da enseada.

Talvez o mar tenha oferecido, para a maioria de nós, os primeiros contatos com coisas que percebemos claramente como ondas. E a água nos oferece muitos outros exemplos delas, como as marés, os macaréus (ou pororocas, como são denominados na Amazônia) ou as ondas estacionárias que se formam na foz de muitos rios. E a enorme diversidade de formas e efeitos das ondas na água está relacionada à dificuldade de entender seus comportamentos, o que exige de cientistas e engenheiros que se dedicam ao tema um grande esforço. Isso inclui muitos cálculos trabalhosos, além de experimentos e observações.