Grupo de Ensino de Física da Universidade Federal de Santa Maria

As Ondas do Mar

Para discutir um pouco mais o fato de que a onda não transporta matéria,

vamos considerar uma onda do mar longe da praia. Podemos ver que a água não vai junto com a onda observando uma bola que flutua sobre a água. A bola descreve uma circunferência (ou uma elipse) para cada intervalo de tempo que leva a onda que passa por ela para se propagar uma distância equivalente à distância entre duas cristas.

Observando uma bola que, inicialmente, se encontra sobre uma crista (Fig.35),

vemos que ela se move para baixo e para a direita, mais para baixo e para a esquerda, para cima e para a esquerda e mais para cima e para a direita, voltando à sua posição original exatamente sobre a próxima crista. Isto se repete sucessivamente de uma crista a outra. Portanto, à medida que a onda passa, a bola sobe e desce e vai para a direita e para a esquerda, descrevendo círculos num plano vertical. No final das contas, a bola não abandona a pequena região em que se encontra.

Longe da praia, cada elemento de volume da água se move numa trajetória circular ou elíptica num plano vertical que contém a direção de propagação da onda. O movimento de cada elemento de volume pode ser considerado como a superposição de dois movimentos harmônicos simples de mesma freqüência, um na horizontal e outro na vertical. A onda do mar pode, assim, ser considerada como a superposição de duas ondas harmônicas, uma longitudinal e outra transversal, com uma diferença

de fase de π/2 rad entre elas.

Se o comprimento de onda é menor do que a profundidade do leito do mar, as

amplitudes dessas ondas, na superfície, são iguais e o movimento dos elementos de volume da água é circular. Com o aumento da distância à superfície, as amplitudes dessas ondas diminuem. Contudo, a amplitude da onda transversal diminui mais rapidamente e, muito próximo do leito do mar, é zero. Assim, junto ao leito do mar, apenas a componente longitudinal permanece. Desse modo, com o aumento da

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distância à superfície, os elementos de volume da água descrevem trajetórias elípticas cada vez mais achatadas e, junto ao leito do mar, apenas oscilam longitudinalmente.

As forças restauradoras resultam principalmente das diferenças de pressão originadas pelas variações de profundidade de região a região. O papel das forças de tensão superficial é secundário, embora fique cada vez mais importante à medida que a escala do fenômeno diminui. A Fig.36 ilustra as trajetórias do movimento dos elementos de volume na camada superficial (circunferências) e noutra camada, abaixo da superfície (elipses). A linha horizontal pontilhada superior representa a superfície livre do líquido em repouso. O sentido de propagação da onda depende do sentido em que os elementos de volume da água descrevem suas trajetórias circulares. A onda se propaga no mesmo sentido que os elementos de volume na crista da onda. A linha contínua superior representa a forma da superfície livre da água do mar no instante considerado. Os pontos nos centros das trajetórias representam as posições de equilíbrio dos elementos de volume da água.

Quanto maior o comprimento de onda de uma onda na superfície da água, maior o módulo da velocidade com que ela se desloca. Uma onda com pequeno comprimento de onda se desloca com velocidade de módulo pequeno enquanto que uma onda oceânica de grande comprimento de onda se desloca com velocidade de módulo grande. Pulsos gigantes, produzidos por terremotos e/ou erupções vulcânicas, chamados tsunamis, viajam a velocidades cujos módulos podem chegar a centenas de quilômetros por hora. Além disso, como movimentam grandes quantidades de água muito profundamente no oceano, os tsunamis levam enormes quantidades de energia.

Ao se aproximar da praia, a forma da onda do mar se modifica. Os elementos de volume da água deixam de se mover em trajetórias circulares porque, devido ao atrito com o leito do mar, o módulo da velocidade dos elementos de volume fica cada vez menor quando eles percorrem a porção inferior da sua trajetória fechada. Com isso, os elementos de volume próximos ao leito do mar vão se atrasando em relação aos elementos de volume mais altos. Então, quando o atraso é tal que os elementos de volume superiores não encontram mais sustentação nos inferiores, eles desabam e a onda se quebra. Embora a água não se mova junto com a onda do mar, um surfista, com sua prancha, se move para frente, junto com a onda, porque desliza sobre a superfície inclinada da água como se fosse sobre a encosta de uma montanha. Como a superfície da água se levanta atrás dele, à medida que ele desliza para frente, ele progride, jamais alcançando o ventre da onda, até que esta se quebre próximo à praia.