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Fenómenos Ondulatórios

Fenómenos Ondulatórios - Anjo Albuquerque · Reflexão de ondas mecânicas e eletromagnéticas O sonar funciona com base ... refletem-se originando raios refletidos que se espalham

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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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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