Fenómenos Ondulatórios - Anjo Albuquerque · Reflexão de ondas mecânicas e eletromagnéticas O...
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Fenómenos Ondulatórios
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.
Reflexão Ondas
Eletromagnéticas
Reflexão do som ao bater numa
parede Ondas mecânicas
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.
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.
Reflexão difusa ou difusão da luz
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.
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.
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
Refração da luz
ar
vidro
normal
ângulo de refração
ângulo de incidência
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
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
Refração da luz
Quando a luz incide perpendicularmente à superfície:
ar
vidro
Muda de velocidade
Não muda de direção
Refração da luz
Na refração, a frequência não se altera, mas
altera-se a velocidade e o comprimento de onda.
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
Os objetos imersos em água aparentam estar mais
próximos devido à refração da luz
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).
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.
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
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.
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
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
V=225.000km/s V=200.000km/s V=125.000km/s
Quanto mais refringente
mais próximo da normal.
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
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.
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.
As fibras óticas permitem criar efeitos
visuais de que se pode tirar partido em
decoração.
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.
Todas as ondas sofrem fenómenos de reflexão,
absorção, refração, reflexão total e difração.
Lei da conservação da energia
Num filtro vermelho, as radiações azuis
e verdes são praticamente absorvidas.
Dispersão da luz
À decomposição da luz policromática nas componentes monocromáticas chama-se dispersão da luz.
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
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.
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.
Os satélites recebem e emitem feixes de micro-ondas.
FIM