Fenómenos Ondulatórios - Anjo Albuquerque · Reflexão de ondas mecânicas e eletromagnéticas O...
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Fenómenos Ondulatórios
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Fenómenos Ondulatórios
a) Reflexão
b) Refração
c) Absorção
Reflexão da onda: a onda é devolvida para o
primeiro meio.
Transmissão da onda: a onda continua a
propagar-se no segundo meio e este diz-se
transparente a essa onda, ou seja, deixa-se
atravessar por ela.
Absorção da onda: o segundo meio absorve a onda
e diz-se opaco a essa onda.
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Reflexão Ondas
Eletromagnéticas
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Reflexão do som ao bater numa
parede Ondas mecânicas
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Reflexão de ondas mecânicas e
eletromagnéticas
O sonar funciona com base
na reflexão de ultrassons em
obstáculos.
A sonda espacial Mars Express está
equipada com radar. O radar funciona
com base na reflexão de ondas
eletromagnéticas em obstáculos.
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Leis das reflexão
1. O raio incidente (i), a normal à superfície no
ponto de incidência (n) e o raio refletido (r) estão
no mesmo plano.
2. O ângulo de incidência, α, e o ângulo de reflexão,
β, são iguais.
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Reflexão difusa ou difusão da luz
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Reflexão
Na reflexão especular, raios luminosos paralelos incidentes
refletem-se originando raios refletidos paralelos. A imagem só
é vista na direção dos raios refletidos.
Na reflexão difusa, raios luminosos paralelos incidentes
refletem-se originando raios refletidos que se espalham em
várias direções. A imagem é vista de muitos sítios, tantos
quantos forem atingidos pelos raios refletidos.
Os dois fenómenos ocorrem sempre em simultâneo,
predominando um sobre o outro consoante o polimento das
superfícies. Por exemplo, a superfície de um livro deve ser
pouco polida para que predomine a reflexão difusa.
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A reflexão está na origem de sistemas de
localização naturais ou artificiais.
Os morcegos, baleias e golfinhos
orientam-se utilizando a ecolocalização:
emitem ultrassons que incidem em
obstáculos sendo refletidos por estes.
O estetoscópio é um instrumento de diagnóstico
médico que tira partido das múltiplas reflexões do
som nas paredes interiores de um tubo.
O sonar funciona com
base na reflexão de
ultrassons em
obstáculos.
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Refração da luz
A refração é um fenómeno ótico.
Ocorre quando a luz atravessa a superfície de separação de
dois meios óticos diferentes.
ar
Os raios luminosos ao passarem de um meio ótico para
outro meio diferente, mudam de direção.
água
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Refração da luz
ar
vidro
normal
ângulo de refração
ângulo de incidência
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Refração da luz
Quando um raio luminoso passa:
ar
vidro
• se a luz passa de um meio de maior velocidade para um
meio de menor velocidade, o raio refratado aproxima-se da
normal.
normal
ângulo de incidência > ângulo de refração
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Refração da luz
Quando um raio luminoso passa:
• se a luz passa de um meio de menor velocidade para um meio de maior velocidade, o raio refratado afasta-se da normal.
ar
água
normal
ângulo de incidência < ângulo de refração
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Refração da luz
Quando a luz incide perpendicularmente à superfície:
ar
vidro
Muda de velocidade
Não muda de direção
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Refração da luz
Na refração, a frequência não se altera, mas
altera-se a velocidade e o comprimento de onda.
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A velocidade de propagação da luz no vazio
é de 300.000 km/s.
A velocidade de propagação da luz
depende do meio:
• velocidade na água: 225.000 km/s
• velocidade no vidro: 197.000 km/s
Este fenómeno ótico ocorre quando uma onda, que se
propaga num determinado meio, é transmitida para outro
meio onde se propaga com velocidade diferente.
Refração da luz
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Os objetos imersos em água aparentam estar mais
próximos devido à refração da luz
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v
cn
1, vácuoarn
O índice de refração absoluto de qualquer material é sempre n≥1
Índice de refração absoluto: é uma medida da refringência de um meio material (símbolo n).
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Um raio de luz
aproxima-se da normal ao
passar do ar para a água
(à esquerda) e afasta-se da
normal ao passar da água
para o ar (à direita).
Índices de refração no
vidro para várias luzes
monocromáticas.
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Reflexão total da luz
Já vimos que a luz quando passa do vidro para o ar, por exemplo, sofre refração.
Se o ângulo de incidência for inferior a 42º, ocorre, ao mesmo tempo, a reflexão e a refração da Luz.
ar
vidro
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Reflexão total da luz
O ângulo de incidência para o qual corresponde um ângulo de refração de 90º chama-se ângulo limite. Para o vidro, por exemplo, esse valor é de 42º.
ar
vidro
raio refractado
42º
Se o ângulo de incidência for igual a 42º, a amplitude do ângulo de refração é de 90º.
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Reflexão total da luz
Se o ângulo de incidência for superior ao ângulo limite (a 42º, no caso do vidro) ocorre, apenas, a reflexão da Luz.
Designa-se por REFLEXÃO TOTAL da LUZ.
ar
vidro Reflexão total
>42º
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1a Lei da Refração:
O raio incidente, o raio
refratado e a normal
pertencem ao mesmo
plano.
2a Lei da Refração:
Lei de Snell-Descartes
sen i.n1 = sen r .n2
Refração da Luz: Leis
Normal
Superfície
Raio
Incidente
Raio
Refratado
Meio 1:
n1
Meio 2:
n2
i
r
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V=225.000km/s V=200.000km/s V=125.000km/s
Quanto mais refringente
mais próximo da normal.
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Ocorre quando deixa de existir refração da luz.
Ocorre para ângulos de incidência superiores ao ângulo limite, cujo valor
é tal que quando a luz passa do meio 1 para o meio 2.
Só ocorre se a luz provier de um meio com maior índice de refração (mais
refringente), por exemplo, da água (ou vidro) para o ar, ou seja, se n1 > n2.
Reflexão total da luz
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Reflexão total da luz
O fenómeno de reflexão total da luz ocorre quando a luz passa de um meio ótico onde se propaga a menor velocidade para outro onde se propaga com maior velocidade, com um ângulo de incidência superior ao ângulo limite.
Ao ângulo limite corresponde a um ângulo de refração igual a 90º. Nota que o ângulo limite é diferente consoante os meios óticos em causa.
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Fibras ópticas As fibras óticas são fibras
(fios) de vidro ou de plástico transparente, muito flexíveis e finas (por vezes mais finas do que um cabelo humano), em que a luz se propaga através de sucessivas reflexões totais.
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As fibras óticas permitem criar efeitos
visuais de que se pode tirar partido em
decoração.
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A fig. mostra o esquema de uma fibra ótica. É composta por um material
cilíndrico central de vidro (cujo índice de refração é 1,6), por um revestimento
(cujo índice de refração é 1,5) e por uma proteção exterior.
Quais devem ser os ângulos de incidência para que ocorra reflexão total?
Esquema
de uma fibra ótica.
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Todas as ondas sofrem fenómenos de reflexão,
absorção, refração, reflexão total e difração.
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Lei da conservação da energia
Num filtro vermelho, as radiações azuis
e verdes são praticamente absorvidas.
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Dispersão da luz
À decomposição da luz policromática nas componentes monocromáticas chama-se dispersão da luz.
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Difração de ondas. As setas indicam o sentido da propagação das ondas.
Este fenómeno só ocorre porque os obstáculos ou orifícios que encontrem têm
um comprimento que é da ordem de grandeza do seu comprimento de onda. Ou
seja, se d for o comprimento do orifício ou do obstáculo e λ o comprimento de
onda, só haverá difração se d = λ.
Difração de ondas
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A radiação eletromagnética de frequência superior a 1018 Hz tem poder ionizante
o que significa que, ao penetrar na matéria, pode ionizar átomos e moléculas.
Mas tal não acontece com as radiações eletromagnéticas de frequências
inferiores, como a luz visível. As comunicações com ondas eletromagnéticas
utilizam frequências desde o quilohertz (~103 Hz) até às centenas de gigahertz
(~1011 Hz), ou seja, radiações que não ionizam a matéria. É por isso que
podemos «conviver» com a radiação emitida pelas antenas de televisão, de
telemóveis, etc., sem grandes riscos para a nossa saúde.
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A comunicação por ondas eletromagnéticas faz-se sobretudo na banda das
ondas de rádio e micro-ondas. Por acordos internacionais, o intervalo das
frequências utilizado nas comunicações foi dividido, um tanto arbitrariamente,
em bandas que são conhecidas pelas iniciais das palavras em língua inglesa.
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Os satélites recebem e emitem feixes de micro-ondas.
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FIM