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Física IVAula 1
Sandro Fonseca de SouzaHelena MalbouissonMagdalena Malek
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Sumário
• Conceito de Ondas Eletromagnéticas
• Transporte de Energia
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Normas e Datas• Atendimento ao estudante: sala 3018 A – professora Helena
Malbouisson.
• Os alunos com menos de 75% de presença serão reprovados por falta.
• Entretanto, solicitações extraordinárias devem ser feitas por escrito na secretaria do IF (3002B).
• Data das provas: a definir
• Fórum da turma: uerj-fisica-iv-quimica@googlegroups.com
• Grupo da turma: equerj20152@googlegroups.com
Ementa do Curso1. Ondas Eletormagnéticas
• Propagação
• Vetor de Poynting
• Intensidade
• Pressão de Radiação
• Polarização
2. Ótica Física
• Reflexão e Refração
• Reflexão Interna Total
• Polarização por reflexão
3. Interferência
• Difração e o princípio de Huygens
• O Experimento de Young
• Intensidade em interferência em duas fendas
4. Difração
• Difração em fenda única
• Difração em fenda circular
• Rede de difração
• Dispersão e poder de resolução
5. Relatividade
• Transformação de Lorentz
• Cinemática relativística
• Energia-Massa
6. Mecânica Quântica
• O efeito fotoelétrico
• Equação de Schroedinger
• Princípio da Incerteza de Heisenberg
• Tunelamento
• Poço de potencial
• Modelo de Bohr
• O átomo de Hidrogênio
7. Física de Partículas
• O modelo padrão das partículas elementares
• O CERN
• O Bóson de Higgs
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Livros texto• Halliday e Resnick, volume 4 (qualquer edição)• Caruso e Oguri, Física Moderna
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Ondas Eletromagnéticas
• Geração de uma Onda Eletromagnética (O.E.);
• Propagação de uma O.E.;
• Transporte de Energia;
• Vetor de Pointing;
• Pressão de Radiação e Polarização;
• Velocidade de uma O.E.
• Aplicações.
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Introdução às Ondas Eletromagnéticas
• Há cerca de 20 anos atrás a maior parte da tecnologia desenvolvida hoje não era vislumbrada pelos engenheiros.
• Nos meados dos Séc. XIX, a luz visível, raios infravermelhos e ultravioleta eram as únicas formas de ondas eletromagnéticas conhecidas.
Ondas• Ondas: são movimentos oscilatórios que se propagam em um meio transportando apenas
energia, sem transportar matéria;
• Natureza das ondas:
• Mecânicas: perturbações provocadas em meios materiais elásticos, transportando energia mecânica. Precisam de um meio para se propagar. Não se propagam no vácuo. Exemplos: ondas em cordas, ondas em superfícies líquidas, ondas sonoras;
• Eletromagnéticas: Vibrações de cargas elétricas (luz, ondas de rádeio, raios-X). Transportam energia na forma de quanta – “pacotes” de energia. Propagam-se no vácuo e em alguns meios materiais.
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• Tipos de ondas:• Transversais: a direção do movimento
vibratório é perpendicular à direção de propagação (corda);
• Longitudinais: a direção do movimento vibratório coincide com a direção de propagação (mola).
Características de ondas transversais
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• Crista: o ponto mais alto da onda;
• Vale: o ponto mais baixo da onda;
• Comprimento de onda (λ): a distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos;
• Período (T): tempo necessário para a onda deslocar-se de um comprimento de onda;
• Frequência (f): é o inverso do perído. É medida como o número de passagem de cristas (em ponto fixo) por unidade de tempo;
• Frequência angular (ω): frequência angular da onda = 2πf;
• Amplitude: altura da onda. Distância entre a crista e o eixo da onda;
• Velocidade (v): distância percorrida sobre o tempo gasto = λ/T = λf;
• Número de onda (k): 2π/λ.
crista
Comprimento de onda – λ
Direção de propagaçãoVelocidade v
vale
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Introdução a Ondas Eletromagnéticas
• Uma onda eletromagnética é um campo eletromagnético (composto de um campo elétrico e um campo magnético) que se propaga.
• Para diferentes comprimentos de onda, temos diferentes tipos de ondas eletromagnéticas: raios-X, microondas, ultra-violeta…
https://www.synchrotron-soleil.fr/en/videos/history-light-spectrum
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Sensibilidade do olho humano
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Introdução a Ondas Eletromagnéticas
• Para Maxwell a luz é um distúrbio eletromagnético, na forma de ondas que se propagam através dos campos eletromagnéticos (uma configuração de campos elétricos e magnéticos) e de acordo com as leis do eletromagnetismo: a luz é uma onda eletromagnética.
• Algumas fontes de ondas eletromagnéticas são:
✓ Sol;
✓ rádio/televisão/celular;
✓ microondas;
✓ raios cósmicos.
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Propriedades das O.E.• Os campos E e B são perpendiculares à direção de propagação
da onda (onda transversal);
• O campo elétrico é perpendicular ao campo magnético;
• O produto vetorial E x B aponta no sentido de propagação da onda;
• Os campos variam senoidalmente, com a mesma frequência e estão em fase.
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Propriedades das O.E.• Descrevendo os campos elétricos e magnéticos.
no vácuo todas as OE se propagam com a mesma velocidade: c.
Amplitudes
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Transporte de Energia• Uma onda eletromagnética transporta e fornece energia a
um corpo;
• A taxa de transporte de energia por unidade de área por parte de uma onda eletromagnética é descrita por um vetor S, conhecido como vetor de Poynting.
John Henry Poynting (1852-1914)
no SI:
Fluxo instantâneo de energia
Direção de propagação da onda
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Transporte de Energia• Na prática, a grande utilidade é o valor médio de S (energia média
transportada ao longo do tempo), também conhecido como intensidade I da onda.
para:
logo,
I = 1cµ0
Em2 ⋅ sen2 (kx −ωt) = 1
cµ0Erms2
Erms =Em
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Variação da Intensidade com a distância
• Sendo uma fonte de luz pontual, emitindo luz isotropicamente
• Sendo conservada a energia das ondas emitidas
• Toda a energia da fonte na figura deve passar pela esfera
• Sendo assim, a taxa de energia que passa pela esfera há de ser igual à taxa de energia emitida (potência, Pf) pela fonte
• Ou seja,
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A radiação eletromagnética de uma fonte isotrópica pontual decresce com o quadrado da
distância à fonte.
Aplicações de ondas eletromagnéticas
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• Radio• Televisão• Telefones celulares (ondas de rádio)• Radar (ondas de rádio)• Forno de microondas (microondas)• Controle remoto (ondas infravermelhas)• Câmeras de visão noturna (ondas infravermelhas)• …
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Resumo da aula• Propriedades das ondas eletromagnéticas;
• Próxima aula:
✓ Polarização, Pressão de radiação;
✓ ótica física;
• Dever de casa: Trazer exemplos de aplicações de ondas eletromagnéticas (explicando o princípio básico de funcionamento).
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Fim
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