As ondas estacionárias são um dos conceitos fundamentais da física, particularmente no domínio da mecânica ondulatória. É um tipo de onda que ocorre quando duas ondas com a mesma frequência e amplitude se movem em direcções opostas e interferem entre si de forma construtiva e destrutiva. O resultado é uma onda que parece estar estacionária, daí o termo onda estacionária. Este tipo de onda é comummente observado em vários fenómenos naturais, incluindo instrumentos musicais, ondas electromagnéticas e até no corpo humano.
O conceito de ondas estacionárias foi descoberto por um físico francês chamado Joseph Fourier no início do século XIX. Ele conseguiu demonstrar matematicamente a existência de ondas estacionárias resolvendo a equação de onda. Mais tarde, outros físicos, como Ernst Chladni e Hermann von Helmholtz, conseguiram estudar e descrever o comportamento das ondas estacionárias em vários sistemas físicos.
Exemplos de ondas estacionárias podem ser observados em vários sistemas físicos. Um exemplo comum é a vibração de uma corda de guitarra. Quando uma corda é dedilhada, ela produz ondas que viajam de uma extremidade à outra. No entanto, quando estas ondas interferem umas com as outras, criam ondas estacionárias que produzem o som distinto de uma corda de guitarra. Outro exemplo de ondas estacionárias pode ser observado num tubo que está fechado numa extremidade. Quando o ar é soprado para dentro do tubo, produz ondas que se reflectem para trás e para a frente entre a extremidade aberta e a extremidade fechada, criando uma onda estacionária.
As ondas estacionárias podem ser ondas transversais e longitudinais. As ondas transversais são ondas que se movem perpendicularmente à direcção de propagação, enquanto as ondas longitudinais se movem paralelamente à direcção de propagação. Numa onda estacionária transversal, as oscilações são perpendiculares à direcção de propagação, enquanto que numa onda estacionária longitudinal, as oscilações são paralelas à direcção de propagação.
Numa onda estacionária, os pontos da onda que não se movem são designados por nós, enquanto os pontos que oscilam com amplitude máxima são designados por antinós. Os ventres, por outro lado, são pontos da onda onde a amplitude é zero. Estes pontos são também conhecidos como pontos de interferência destrutiva.
O cálculo de uma onda estacionária pode ser feito através da utilização de equações matemáticas como a equação da onda e a série de Fourier. Estas equações podem ser utilizadas para determinar a frequência, o comprimento de onda e a amplitude de uma onda estacionária num determinado sistema físico. A compreensão do comportamento das ondas estacionárias é fundamental em vários campos da ciência e da tecnologia, incluindo a acústica, a óptica e a electrónica.
As formas de onda referem-se às representações gráficas das ondas, que mostram a variação da amplitude ou magnitude de uma onda em relação ao tempo ou à distância. No caso de ondas estacionárias, a forma de onda mostrará o padrão característico de nós e antinós que são criados pela interferência de duas ondas que viajam em direcções opostas. O padrão de onda estacionária é estacionário, o que significa que os nodos e antinodos não se movem, mas a amplitude da onda varia ao longo do comprimento do meio em que está a viajar.
Para determinar o comprimento de onda de uma onda estacionária, é necessário medir a distância entre dois nodos ou dois antinodos consecutivos. O comprimento de onda é igual ao dobro da distância entre dois nós consecutivos ou ao dobro da distância entre dois antinós consecutivos.
A velocidade de uma onda estacionária é zero. Isso ocorre porque uma onda estacionária é formada pela interferência de duas ondas de mesma frequência e amplitude viajando em direções opostas, fazendo com que a onda pareça não estar se movendo. Portanto, a velocidade de uma onda estacionária não é aplicável, pois ela não se move de um ponto a outro.