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A Equação da Onda (física)

1747
  • Jean le Rond d’Alembert
Jean le Rond d'Alembert developing the wave equation in a historical office setting.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Uma linha hiperbólica de segunda ordem diferencial parcial Equação que rege a propagação de vários tipos de ondas. Em sua forma mais simples, ela é escrita como [latex]frac{partial^2 u}{partial t^2} = c^2 nabla^2 u[/latex], onde [latex]u(vec{x},t)[/latex] é a amplitude da onda, [latex]c[/latex] é a velocidade da onda e [latex]nabla^2[/latex] é a intensidade da onda. Laplace operador. Ele modela fenômenos como cordas vibrantes, ondas sonoras e ondas de luz.

A equação de onda é a equação diferencial parcial hiperbólica arquetípica. Ao contrário da equação do calorÉ de segunda ordem no tempo, o que dá origem às suas soluções oscilatórias, semelhantes a ondas. A presença do termo [latex]frac{partial^2 u}{partial t^2}[/latex] implica que a aceleração é proporcional à curvatura local da função, uma relação característica de forças restauradoras como a tensão em uma corda. A constante [latex]c[/latex] representa a velocidade finita com que as perturbações se propagam pelo meio.

Uma característica crucial da equação de onda é o princípio da causalidade e da velocidade de propagação finita. Uma perturbação em um ponto x₀ no instante t₀ só pode afetar pontos x em um instante posterior t que estejam a uma distância de c(t-t₀). Essa região é conhecida como o "cone de influência". Por outro lado, o valor da solução em (x, t) depende apenas dos dados iniciais dentro de seu "domínio de dependência". Isso contrasta fortemente com a velocidade de propagação infinita da equação do calor.

Em uma dimensão espacial, a equação [latex]u_{tt} = c^2 u_{xx}[/latex] possui uma solução geral notavelmente simples, descoberta por d'Alembert: [latex]u(x,t) = F(x-ct) + G(x+ct)[/latex]. Isso representa a superposição de duas ondas que se propagam em direções opostas com velocidade [latex]c[/latex]. Os formatos dessas ondas, determinados pelas funções [latex]F[/latex] e [latex]G[/latex], são preservados à medida que se propagam.

UNESCO Nomenclature: 1208
Física matemática

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Fundamentais

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • leis de movimento de Newton
  • Lei de Hooke para forças elásticas
  • desenvolvimento do cálculo e derivadas parciais
  • Estudos de cordas vibrantes por Brook Taylor e Johann Bernoulli

Aplicações

  • acústica e engenharia de áudio
  • eletromagnetismo (propagação de luz e ondas de rádio)
  • sismologia para modelagem de terremotos
  • dinâmica de fluidos para ondas de superfície
  • relatividade geral para ondas gravitacionais

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • active noise cancellation systems for open-plan offices using predictive wave interference
  • non-invasive medical therapies using focused ultrasound to destroy tumors
  • cloaking technologies based on metamaterials that bend light waves around an object
  • next-generation seismic imaging for resource exploration
  • haptic feedback technology that simulates textures using surface acústico waves
  • underwater communication systems using modulated acoustic waves
  • lifi (light fidelity) high-speed wireless communication technology
  • predictive modeling of solar flares and their electromagnetic impact on earth
Relacionado a: equação de onda, EDP hiperbólica, fórmula de d'Alembert, propagação de ondas, acústica, eletromagnetismo, velocidade da luz, física matemática.

Contexto histórico

A Equação da Onda (física)

150
1640
1650
1747
1758
1777
1799
-550
1635
1650
1736
1750
1763-12-23
1780
1805

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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