Fenómenos Ondulatórios - Anjo Albuquerque · Reflexão de ondas mecânicas e eletromagnéticas O...

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