Vamos ver como é o movimento de uma corda que é fixa numa extremidade mas que tem um movimento harmônico na outra extremidade. É como se uma pessoa produzisse ondulações numa corda esticada que está presa. A função que descreve o movimento da corda é a equação de onda, dada por:
onde c é a densidade linear de massa da corda. As condições iniciais e de contorno são:
Onde w é a frequência de oscilação na extremidade livre e A a amplitude. De acordo com N. Piskounov - Cálculo Diferencial e Integral, vol.II, a solução geral da equação de onda será, em função dos parâmetros do problema:
Agora vamos fazer algumas animações com esse resultado, para diversos valores das constantes. O número de termos da expansão m será sempre igual a 100.
Tomando os valores:
L=10,0
w=0,003
c=0,01
A=0,5
Teremos o seguinte movimento da corda em tempos posterios:
É interessante notar o aumento da amplitude de oscilação, devido ao fato de o valor de w escolhido ser próximo do valor da frequência do primeiro modo de oscilação da corda, ou seja, está próximo de ocorrer uma ressonância, quando a amplitude vai ao infinito.
O mesmo ocorre para w=0,006, onde agora estamos próximo da
frequência do segundo modo normal de oscilação.
Agora vamos ver a animação para outros valores das constantes. Tomamos os valores:
L=10,0
w=0,0001
c=0,0004
A=1,0
Esses valores representam uma corda de baixa densidade linear de massa
e baixa frequência. Teremos o seguinte movimento da corda, onde é
interessante observar que, após a reflexão, ocorrem superposições das ondas:
Tomamos agora os valores:
L=10,0
w=0,0001
c=0,02
A=1,0
Esses valores representam uma corda de alta densidade linear de massa,
ou seja, uma corda bem esticada,
e baixa frequência. Teremos o seguinte movimento da corda, onde é
interessante observar que agora não há ondas se propagando, pois o
comprimento de onda é maior que o valor de L neste caso:
Se aumentarmos o comprimento da corda, teremos a formação de uma
onda. Na animação abaixo usamos os mesmos valores anteriores, no entanto com L=500:
Agora vamos aumentar tanto a frequência quanto a densidade linear de massa:
L=10,0
w=0,4
c=1,0
A=1,0
Abaixo mais outro exemplo de condições iniciais:
L=10,0
w=0,001
c=0,002
A=1,0