Noções gerais de ondas
Antes de iniciar seus estudos, reflita sobre as questões abaixo, forme suas opiniões e confronte-as com a teoria apresentada em seguida. Suas ideias são muito importantes para enriquecer nosso ensino e seu aprendizado. O Universo é constituído somente por partículas? O corpo humano é sensível a que tipos de ondas? Como a tecnologia torna perceptíveis as ondas de rádio e as micro-ondas? O som é mais veloz no ar ou na água? As ondas de raios X são mais energéticas que as de infravermelho. Qual dessas radiações é mais veloz no vácuo? Um surfista percebe perturbações na água que o fazem subir e descer e outras que o deslocam para frente com a prancha. Do ponto de vista da Física, quais delas são as ondas verdadeiras? Que meios permitem a propagação do som? Os filmes que apresentam sons de explosões em batalhas no espaço sideral são passíveis de quais críticas pelos cientistas? |
1. A Física e o cotidiano
O Universo que conhecemos é composto por sistemas formados por átomos e moléculas – planetas, estrelas e galáxias – entremeados por toda a sorte de radiações, como as micro-ondas, a luz visível e os raios X, exemplos mais presentes em nossa vida cotidiana.
A matéria e a radiação apresentam muitas propriedades definidas por movimentos oscilatórios ou ondas.
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A oscilação de
moléculas e átomos define os fenômenos térmicos, a vibração das moléculas do ar
pode produzir som e as ondas de rádio permitem a comunicação à distância,
inclusive no vácuo.
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2. A Física e o mundo
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| O ser humano pode captar vários tipos de informações visuais, auditivas e táteis para colher dados e comunicar-se com o meio ambiente e com a sociedade. |
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| A tecnologia, por meio de circuitos oscilantes e ressonantes, cria uma série de aparelhos de comunicação que transformam ondas que o homem não pode perceber em sons, imagens e processamento de informações. |
Percepção do som e da luz em função da frequência f (número de oscilações por segundo) e do comprimento de onda l (deslocamento da energia em uma oscilação, em metros).
| Limites da percepção humana |
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| Limites da percepção humana |
3. A Física e o laboratório
Ondas mecânicas e eletromagnéticas
Ondas mecânicas
São aquelas que precisam de um meio material para se poderem propagar
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| Ondas do oceano |
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| Som |
Todas são perturbações causadas em meios materiais.
Ondas eletromagnéticas
Não precisam de meios materiais para se propagar.
A perturbação é causada em campos eletromagnéticos e propaga-se através deles.
A luz do Sol chega até nós mesmo existindo vácuo no espaço.
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| Luz |
Outros exemplos de ondas eletromagnéticas são as micro-ondas, as ondas de rádio etc.
As velocidades do som e da luz
| Substância | Temperatura | Velocidade do som (m/s) | |
|---|---|---|---|
| Gases | Ar Ar Ar Dióxido de Carbono Oxigênio Hélio | 0 20 100 0 0 0 | 331 343 387 259 316 965 |
| Líquidos | Clorofórmio Etanol Mercúrio Água Fresca | 20 20 20 20 | 1004 1162 1450 1482 |
| Sólidos | Cobre Vidro Pirex Aço Berílio | — — — — | 5010 5640 5960 12870 |
As radiações eletromagnéticas propagam-se no vácuo com a maior velocidade fisicamente concebível:
| c = 3,0 . 105km/s = 3,0 . 108m/s |
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4. A Física e a evolução de seus conceitos
1. Conceito de onda
Dizemos que um meio sofre uma perturbação quando qualquer uma das propriedades físicas associadas a um de seus elementos de volume é alterada.
Se a perturbação se estender a outros elementos de volume do meio, originar-se-á uma onda.
Dizemos, então, que:
| Onda é qualquer perturbação que se propaga através de um meio. |
No exemplo acima, a pessoa dá um solavanco na extremidade esquerda da corda, produzindo uma onda que se propaga através dela.
2. Propriedade fundamental das ondas
| Uma onda transmite energia, sem propagação de matéria. |
É o caso, por exemplo, das ondas esquematizadas a seguir, que, ao atingirem a rolha, fazem com que esta execute um movimento de sobe-e-desce, sem que seja arrastada para a direita.
3. Natureza das ondas
Ondas mecânicas
São perturbações mecânicas que se propagam através das partículas de um meio material.
Exemplos
Ondas numa corda, ondas na superfície da água, ondas numa mola, o som etc.
O som constitui-se de ondas mecânicas que se podem propagar em meios sólidos, líquidos e gasosos.
É importante destacar que as ondas mecânicas não se propagam no vácuo.
Assim:
| O som não se propaga no vácuo. |
Ondas eletromagnéticas
Constituem-se do conjunto de um campo elétrico e um campo magnético, variáveis e perpendiculares entre si, que se propagam no vácuo e também em alguns meios materiais.
Exemplos
Ondas de rádio e TV, micro-ondas, infravermelho, luz, ultravioleta, raios X etc.
Resumindo:
| A luz é onda eletromagnética que se propaga no vácuo e em alguns meios materiais. Sua velocidade no vácuo vale 3,0 . 108m/s. |
Exercícios propostos
1. Quando uma onda se propaga de um local para outro, necessariamente ocorre
a) transporte de energia.
b) transformação de energia.
c) produção de energia.
d) movimento de matéria.
e) transporte de matéria e energia.
2. Ondas de naturezas mecânica e eletromagnética permeiam nosso dia a dia, prestando-se a diversos fins. A medicina, por exemplo, utiliza-se dos ultrassons, raios X e raios para a elaboração de diversos diagnósticos e tratamentos. Já em telecomunicações, são empregadas radiações de AM, FM, TV e micro-ondas, essas últimas essenciais na telefonia celular. Tendo em conta seu conhecimento sobre ondas, classifique como falsa (F) ou verdadeira (V) cada proposição a seguir.
(I) As ondas sonoras são de natureza mecânica e não podem propaga-se no vácuo. No ar, o módulo de sua velocidade de propagação é cerca de 340 m/s, provocando em sua passagem vibrações longitudinais.
(II) Os sons detectáveis pelo ouvido humano têm frequência compre endida entre 20Hz e 20 000Hz. Sons com frequência acima de 20000Hz são considerados ultrassons, podendo ser percebidos por alguns animais.
(III) Todas as ondas eletromagnéticas são transversais e propagam-se no vácuo com velocidade de módulo próximo de 300000 km/s.
(IV) A energia associada a um fóton de radiação eletromagnética – quantum – é diretamente proporcional à frequência da radiação.
(V) Os raios X são menos energéticos que os raios ultravioleta.
De (I) para (V) a sequência de V e F é:
a) F V V F V
b) V V V V F
c) V V V F F
d) V F V F V
e) F F F V V
3. (ENEM) - Alguns sistemas de segurança incluem detectores de movimento. Nesses sensores, existe uma substância que se polariza na presença de radiação eletromagnética de certa região de frequência, gerando uma tensão que pode ser amplificada e empregada para efeito de controle. Quando uma pessoa se aproxima do sistema, a radiação emitida por seu corpo é detectada por esse tipo de sensor.
WENDLlNG. M. Sensores. Disponível em:
www2.feg.unesp.br. Acesso em: 7 maio 2014 (adaptado).
A radiação captada por esse detector encontra-se na região de frequência
a) da luz visível.
b) do ultravioleta.
c) do infravermelho.
d) das micro-ondas.
e) das ondas longas de rádio.
Gabarito
1. RESOLUÇÃO:
As ondas mecânicas e as eletromagnéticas transmitem energia sem transporte de matéria.
Resposta: A
2. RESOLUÇÃO:
(I) Verdadeira.
(II) Verdadeira.
(III) Verdadeira.
(IV) Verdadeira.
Isso está de acordo com a Equação de Planck,
E = h f
em que h = 6,63 . 10–34 m2 kg/s é a Constante de Planck.
(V) Falsa
Os raios X têm maior frequência que os raios ultravioleta, logo são mais energéticos que esta radiação.
Resposta: B
3. RESOLUÇÃO:
A radiação eletromagnética emitida por uma pessoa está na faixado infravermelho.
Resposta: C
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