Som e Luz

Trabalho elaborado por:

Fábio Simões, TAS-APZ

Som e Luz

Espectáculo de raios laser

Concerto musical

Trovoada

Transmissão de sinaisToda a comunicação de informação envolve a transmissão e

uso de sinais.

SinalUm sinal é uma perturbação de qualquer espécie que é usada para comunicar (transmitir) uma mensagem ou parte dela.

Propagaçãode um sinal

Sinais originam ondas que se propagam no espaço e no tempo.

Numa onda há propagação de energia, por vezes a grandes distâncias, mas não há deslocamento de matéria. Há apenas

oscilações das partículas.

O que é uma onda?

O que acontece numa onda é mais ou menos o que

acontece no chamado «efeito dominó».

Uma perturbação é causada, por alguém ou por

alguma fonte, e esta perturbação propaga-se de

um ponto para outro.

Efeito «dominó»

Quando se coloca uma fila de dominós, por exemplo, e se derruba o primeiro, causa-

se uma perturbação somente no primeiro dominó.

A perturbação propaga-se de um lugar para o outro.

A perturbação causada no primeiro dominó chega até ao último, derrubando-o, apesar

de cada dominó não ter saído da sua posição inicial.

A energia aplicada ao primeiro dominó chega até à última peça.

A perturbação transportou somente energia.

Ondas Mecânicas e Eletromagnéticas

Ondas mecânicas Ondas eletromagnéticas

Ondas mecânicas são aquelas que precisam de um meio material para se

poderem propagar.

Ondas electromagnéticas não precisam de meios materiais para se propagar.

A perturbação é causada em campos electromagnéticos e propaga-se através

deles.

Ondas no oceano Som

Todas são perturbações causadas em meios materiais

A luz do Sol chega até nós mesmo existindo vácuo no espaço.

Outros exemplos de ondas electromagnéticas são as

microondas, as ondas de rádio etc.

Luz

Transmissão de sinaisToda a comunicação de informação envolve a transmissão e

uso de sinais.

Emissão Propagação Recepção

Vibração de um objecto

Onda de som(mecânica)

Ouvido(membrana)

Som

Luz Oscilações decargas eléctricas

Onda de luz(electromagnética)

Olho(retina)

Tipos de ondasOndas

Ondas transversais Ondas longitudinais

As espiras vibram numa direcção perpendicular à direcção de

propagação da onda.

As espiras vibram para um lado e para o outro da posição de

equilíbrio na própria direcção de propagação.

Características das ondas

Amplitude Corresponde à distância máxima de elongação

Ondas com amplitude diferente

O ponto mais alto da onda chama-se CRISTA.

O ponto mais baixo denomina-se VALE. 

Crista

Vale

Características das ondas

Meio material Velocidade (m/s)

ar (0 ºC ; 1 atm) 331

Hidrogénio (0 ºC ; 1 atm) 1284

água (20ºC) 1482

granito 6000

alumínio 6420

t

dv

VelocidadeToda as ondas possuem uma velocidade de propagação.

Geralmente a velocidade da onda depende do meio material onde ela se está a mover.

Para calcular esta velocidade média é preciso dividir a distância percorrida pela onda pelo

tempo.

A tabela permite comparar, por exemplo, a velocidade do som em diferentes meios.

Em que material o som se propaga com maior velocidade?

Água ou ar?

t

dv

Características das ondas

fc

Comprimentode onda

O comprimento de onda, representado pela letra (lambda), é a distância mínima entre dois pontos que estão na mesma fase. A unidade de base do Sistema Internacional de Unidades é o metro (m).

PeríodoÉ o intervalo de tempo mínimo em que se completa um ciclo. O período é representado pela letra T. A unidade de base do Sistema Internacional de Unidades é o segundo (s).

Frequência

A frequência de onda (f) corresponde ao número de ciclos (oscilações) realizados por unidade de tempo (segundo).

No Sistema Internacional de Unidades a frequência expressa-se em hertz (Hz).

* Uma oscilação completa representa a passagem de um comprimento de onda – ..

Produção e Transmissão de Som

Fontes Sonoras

As fontes mais variadas e ricas em qualidade sonora são os instrumentos musicais, que, de forma geral, podem ser classificados em três grandes grupos:

– Instrumentos de sopro

– Instrumentos de percussão

– Instrumentos de cordas

Fonte sonoraÉ qualquer corpo capaz de fazer o ar oscilar com ondas de frequência e amplitude detectáveis pelos nossos ouvidos

clarinete, flauta, flautim, oboé,fagote, órgão de sopro, saxofone

tambor, atabaque, bongo,bateria, xilofone

violino, viola, contrabaixo,harpa, piano, violoncelo

Tipos de Sons e Fontes Sonoras

Cada instrumento musical tem a característica de emitir uma mesma nota com timbre diferente dos demais instrumentos. Isso dá ao instrumento uma qualidade particular, que o torna único.

Percussão

Os sons dos instrumentos de percussão dependem da vibração da película flexível em que se bate, com baquetas ou com as mãos

Cordas

Os instrumentos de corda têm uma caixa acústica que amplifica o som produzido pela vibração das cordas, como o caso do violino, da viola, do violoncelo, do contra-baixo e do violão

Sopro

Nos instrumentos de sopro, o músico vibra o ar directamente,

utilizando-se dos próprios lábios, da força do diafragma e do

controlo das aberturas do instrumento (com os seus dedos).

Propriedades dos sonsAltura

Distingue sons agudos e sons graves.

A sua percepção varia de indivíduo para indivíduo, mas sobretudo entre os animais e os humanos.

Som grave(poucas vibrações/s)

Som agudo(muitas vibrações/s)

Característica da onda Propriedade do som

Frequência Altura

Propriedades dos sons

Intensidade

Intensidade do som (volume acústico) – Energia transferida pela onda sonora por unidade de tempo através da unidade de superfície perpendicular à direcção de propagação (potência sonora por unidade de área Watt/m2)

Intensidade auditiva – Sensação sonora detectada pelo ouvido humano (sons fracos / sons fortes)

Sons fracos(pequena amplitude)

Sons fortes(grande amplitude)

Característica da onda Propriedade do som

Amplitude Intensidade

Propriedades dos sons

• Cada tipo de instrumento musical tem uma espécie de «assinatura»: um conjunto de características sonoras associadas.

• A esse conjunto de características chamamos de timbre.

• A mesma nota emitida por um trompete soa diferente quando é produzida por um violino.

Timbre

Propriedade que permite distinguir dois sons com a mesma altura e intensidade emitidos por fontes sonoras diferentes (distingue as vozes humanas e sons emitidos com a mesma altura e intensidade emitidos por instrumentos diferentes).

Reflexão do som• A reflexão, é observada quando existe o encontro de uma onda com

uma superfície rígida;• Mantém as características da onda incidente e ocorre sempre que as

dimensões da superfície rígida forem muito maiores do que o comprimento de onda.

A reflexão do som pode ocasionar os fenómenos

Eco Reverberação

Reflexão do som

Ecoobservado sempre que a onda incidente possui intensidade suficiente e permite um atraso suficiente para que a onda reflectida seja percebida distintamente.

Para uma pessoa ouvir o eco de um som por ela produzido, deve ficar situada a, no mínimo, 17 m do obstáculo reflector.

• O ouvido humano só pode distinguir dois sons com intervalo de 0,1 s.

• O som, tem a velocidade de 340 m/s, no ar.

• O som percorre 34 m nesse tempo.

341,0340 dd

1,0

340d

t

dv

m

Reflexão do som

A reverberação ocorre quando a diferença entre os instantes em que se recebem os dois sons é inferior a 0,1 s.Não se percebe um novo som, mas há uma continuação do som inicial.

Reverberação

reflexões sucessivas nas paredes, tectos e outros obstáculos provocam alterações na intensidade dos sons que ouvimos, reforçando-o e prolongando-o durante algum tempo depois de cessada a emissão.

A reverberação pode ajudar a compreender o que está a ser dito por um orador num auditório. No entanto, o excesso de reverberação pode atrapalhar o entendimento.

Refracção do somA refracção é um fenómeno que ocorre quando a velocidade de propagação sofre alterações. O que pode acontecer quando há mudança de meio ou no mesmo meio quando este não seja homogéneo. Na refracção, há normalmente mudança de direcção de propagação.

Refração

O som que se ouve proveniente de uma onda sonora é diferente daquele que se ouve quando um obstáculo (balão) interrompe as ondas sonoras antes de alcançar o nosso ouvido.

Existe uma mudança na velocidade de propagação do som.

Isoladores sonoros – Absorção

O planeamento do isolamento sonoro de um edifício pressupõe ampla análise do problema para uma fundamental tomada de decisão:

– Fonte de ruídos– Caminhos percorridos por eles ou receptores

(pessoas que os escutam)...– O que deve ser isolado?– Como isolá-los?

AbsorçãoA absorção ocorre quando uma onda atinge um obstáculo qualquer e deposita parte de sua energia sonora ali, sendo reflectida ou transmitida ou refractada com uma intensidade menor.

Estes materiais podem ser usados correctamente para a redução da transmissão do som.

Devem ser utilizados materiais absorvedores como placas, painéis e forros de espumas de poliuretano, lãs e feltros de rocha, de vidro ou de cerâmica.

Existem bons e maus isoladores de som.

Difracção do som

Difração A difracção é a mudança na direcção da propagação da onda devido à passagem do som por um obstáculo qualquer.

• Isso permite que possamos ouvir o rádio num local da casa diferente de onde o rádio se encontra.

• Existe uma relação entre o comprimento de onda, as dimensões do obstáculo e a difracção (quanto maior a razão entre os dois primeiros, maior é a difracção).

Intensidade do som e nível de intensidade sonora

A unidade de medida é o decibel (dB)

A unidade de medida é o watt/m2

Intensidade do som Nível de intensidade sonora

Escala especial que exprime o nível de intensidade sonora ou

nível sonoro.

O sonómetro mede o nível

de intensidade sonora e está graduado em

decibel.

Espectro sonoro

O espectro sonoro é constituído por:1. Uma banda de frequências (0Hz-20Hz) – conjunto de infra-sons (vibrações

muito lentas – inferiores a 20 vibrações por segundo e não podem ser detectadas pelo ouvido humano);

2. Uma banda de frequências(20Hz-20KHz) – conjunto de sons audíveis ou percepcionados pelo ouvido humano;

3. Uma banda de frequências (acima de 20kHz) – conjunto de ultra-sons (vibrações demasiado rápidas – não podem ser detectadas pelo ouvido humano. São percepcionados por gatos, cães e morcegos).

Espectrosonoro

distribuição, no domínio das frequências, do conjunto de todas as ondas que formam um som.

Problemas de audiçãoConstituição do ouvido humano Deficiência auditiva ou surdez é a

incapacidade parcial ou total de audição.Pode ser de nascença ou causada posteriormente por doenças.

Audiograma – regista o limiar de audibilidade de cada pessoa.

A – pavilhão auricular (orelha);B – canal auditivo externo;C – tímpano;D – trompa de Eustáquio;E – labirinto;F – caracol;G – ossículos;H – nervo auditivo.

O som no dia-a-dia

A ultra-sonografia, ou ecografia, é um método diagnóstico que aproveita o eco produzido pelo som para ver em tempo real as sombras produzidas pelas estruturas e órgãos do organismo.

Os aparelhos de ecografia usam os ultra-som em geral utilizam uma frequência próxima de 1 MHz.

Conforme a densidade e composição das estruturas a atenuação e mudança de fase dos sinais emitidos varia, sendo possível a tradução numa escala de cinza, que formará a imagem dos órgãos internos.

Ecografia

O som no dia-a-dia

Uma das aplicações do eco é o sonar dos navios. Os navios emitem ondas sonoras que vão ao fundo e retornam num determinado intervalo de tempo.

Conhecendo-se as características das ondas, como velocidade, frequência e o tempo gasto para a onda ir e voltar, pode-se calcular a profundidade de um cardume, a forma dos fundos oceânicos ou localizar embarcações.

Sonar

Propriedades e Aplicações da Luz

Sinais luminososFontes luminosas

Naturais Artificiais

Luz

Objectos

Comunicar

Transparentes(deixam-se atravessar

pela luz)

Translúcidos(deixam-se atravessarparcialmente pela luz)

Opacos(não se deixam

atravessar pela luz)

Ondas electromagnéticas

Energia

Corposiluminados

Todos os corpos que não possuem luz própria

Corposluminosos

Todos os corpos que produzem ou têm luz própria

Espectro electromagnéticoEspectro de radiação

eletromagnéticaConjunto de todas as radiações

Espectro de luz visível Conjunto das radiações visíveis (perceptíveis pelo olho humano)

Triângulo de visãoA energia luminosa propaga-se a partir da fonte luminosa, com um determinado número de propriedades:

– Propaga-se em linha recta;– Tem uma velocidade definida de

propagação (cerca de 3x108 m/s no vazio);

– Pode desaparecer, total ou parcialmente quando atravessa um meio material;

– Conserva-se desde que não encontre nenhum meio que a absorva.

modelo físico que representa o mecanismo de visão

Fonte

Corpo

Receptor

Triângulo de visão

Representação da propagação em linha recta

Raio luminosoFeixe luminoso

(conjunto de raios luminosos)

Propriedades da luz

Os feixes luminosos podem apresentar trajectórias diferentes

Feixedivergente

quando os raios de luz se afastam em todas as direcções.

Feixeconvergente

quando os raios de luz se aproximam de um ponto.

Feixeparalelo

quando os raios de luz se propagam paralelamente sem se cruzarem.

Reflexão da luzReflexão

da luz

mudança de direcção ou de sentido, que experimentam os raios luminosos ao incidirem numa superfície polida, continuando a sua propagação no mesmo meio.

Reflexão difusa ou difusão – numa superfície rugosa

Reflexão regular – numa superfície

polida

Representação da reflexão da luz

PAGINA 37

Reflexão da luz

• A imagem é do mesmo tamanho do objecto

• A imagem encontra-se à mesma distância do espelho que o objecto

• A imagem apresenta-se lateralmente invertida (a parte direita da imagem corresponde à esquerda do objecto)

Espelhosplanos

placa de vidro cuja superfície posterior recebeu uma fina película de prata. Quando a luz incide sobre uma superfície deste tipo, ela é reflectida regularmente. Essa regularidade da reflexão é que permite a formação de imagens.

Imagens em espelhos planos

Representação geométrica de uma imagem num espelho plano

• Traçar dois raios luminosos que passam pela parte superior do objecto em direcção ao espelho (raios incidentes)

• Traçar as normais nos pontos de incidência

• Traçar para cada raio incidente o correspondente raio reflectido

• A imagem obtém-se prolongando os raios reflectidos para trás do espelho

Reflexão da luz

Fornecem imagens sempre virtuais, direitas, com o mesmo tamanho e simétricas dos objectos.

Fazem divergir a luz que neles incide

Fazem convergir a luz que neles incide

Espelhos

Planos Esféricos

Côncavos Convexos

Imagens em espelhos convexosEspelhos convexos

Natureza: virtualOrientação: direitaTamanho: menor do que o do objecto

Imagens em espelhos côncavos

Natureza: realOrientação: invertidaTamanho: menor do que o do objecto

Objecto antes docentro de curvatura (C)

Objecto entre o foco (F) ecentro de curvatura (C)

Objecto entre ofoco (F) e o vértice (V)

Natureza: realOrientação: invertidaTamanho: maior do que o do objecto

Natureza: virtualOrientação: direitaTamanho: maior do que o do objecto

Fim!

Refracção da luz

v

c

Refracçãoda luz

variação da direcção de propagação que a luz experimenta ao atravessar meios diferentes, devido à mudança de velocidade de propagação do feixe.

Índice de refracção é uma relação entre a velocidade da luz num determinado meio e a velocidade da luz no vácuo (c). Em meios com índices de refracção mais baixos (próximos de 1) a luz tem velocidade maior (ou seja, próximo a velocidade da luz no vácuo).

A relação pode ser descrita pela fórmula:

onde:c é a velocidade da luz no vácuo (c = 3 x 108 m/s);v é a velocidade da luz no meio;

Lentes

Lente esféricasistema constituído por duas superfícies esféricos ou uma superfície esférica e uma plano, nos quais a luz sofre duas refracções consecutivas.

Lentes esféricas convergentes(de bordos delgados ou convexas)

Lentes esféricas divergentes(de bordos espessos ou côncavas)

LentesLentes esféricas convergentes

(de bordos delgados ou convexas)

Quando um feixe de raios paralelos ao eixo principal, incide sobre uma lente convergente, emerge convergindo os raios de luz para um ponto denominado foco.

Lentes

Quando um feixe de raios de luz, paralelos ao eixo principal, incide em uma lente divergente, ele emerge divergindo os raios de luz.

Prolongando os raios divergentes, estes se interceptam no ponto F' denominado foco virtual.

Lentes esféricas divergentes(de bordos espessos ou côncavas)

Potência focal duma lente

A potência focal (P) ou vergência (V) define-se como o inverso da distância focal da lente.

A potência focal exprime-se em dioptrias (D).Potência focal

Lente divergente

Lente convergente

Distância focal é negativa ePotência focal é negativa.

Potência focal é positiva. Se observarmos uma receita de óculos Podemos ler as medidas, por exemplo, + 5 di ou - 5di e assim por diante. O que significam estas medidas?

Indicam a potênciafocal duma lente

• Uma potência focal de + 5 D significa que a lente a ser usada é uma lente convergente com uma distância focal 0,2 m ou 20 cm.

• Uma potência focal de - 5 D significa que a lente a ser usada é uma lente divergente com uma distância focal de 0,2 m ou 20 cm.

Distância focalA distância focal (f) corresponde à distância entre o centro óptico da lente (O) e o foco (F). No Sistema Internacional de Unidades, a distância focal exprime-se em metros (m).

Imagens em lentes divergentesLentes divergentes

Natureza: virtualOrientação: direitaTamanho: menor do que o objecto

Imagens em lentes convergentes

Natureza: virtualOrientação: direitaTamanho: maior do que o objecto

Objecto situado alémda dupla distância focal

Objecto entre o foco e adupla distância focal

Objecto entre ofoco (F) e o vértice (V)

Natureza: realOrientação: invertidaTamanho: maior do que o objecto

Natureza: realOrientação: invertidaTamanho: menor do que o objecto

Formação das imagens

A – humor aquoso;

B – humor vítreo;

C – esclerótica;

D – córnea;

E – íris;

F – pupila;

G – cristalino;

H – retina;

I –nervo óptico.

Constituição do olho

Defeitos da visãoMiopia

O míope vê mal ao longe e vê bem ao perto.Na miopia, a imagem é focada à frente da retina.

Defeitos da visãoHipermetropia

O hipermetrope vê mal ao perto e vê bem ao longe.Na hipermetropia, a imagem é focada atrás da retina.

Correção dos defeitos da visão

CORRECÇÃO DOS DEFEITOS DA VISÃO

Miopia HipermetropiaA miopia é corrigida com lentes divergentes. Os raios de luz divergem depois de passar as lente e, assim, a convergência feita pelo olho permite obter a imagem exactamente sobre a retina.

A hipermetropia é corrigida com lentes convergentes. A convergência dos raios de luz inicia-se assim que os raios de luz encontram a lente e, assim, a focagem é conseguida sobre a retina.

Fibras Ópticas

Fibras óticasAs fibras ópticas são tubos finíssimos feitos de vidro ou de plástico, nos quais a luz se propaga sem se transmitir para o exterior, devido ao fenómeno da reflexão total.

Dispersão da luz

Dispersão da luz branca num prisma

Quando a luz branca do Sol incide numa gota de água (A), refrata-se e muda de direção no seu interior. A luz branca do Sol é constituída por várias radiações, pelo que dentro da gota de água cada radiação vai propagar-se a uma velocidade diferente (dispersão), sofrer uma reflexão (C) e nova refração (D).

Cores primárias da luz

A sobreposição de duas cores primárias da luz origina uma cor secundária:

vermelho + verde → amarelo;

vermelho + azul → magenta;

verde + azul → ciano.

Pode obter-se luz de qualquer cor a partir da sobreposição das três cores primárias da luz – vermelho, verde e azul.

A sobreposição de luz vermelha, luz verde e luz azul de igual intensidade origina luz branca.

Cor dos objectos opacos

O objetos pretos são aqueles que absorvem todas as radiações do espectro do visível.

O objectos brancos refletem todas as radiações do espectro do visível.

Os objectos que apresentam outras cores absorvem selectivamente algumas radiações, sendo as outras reflectidas.

Cor dos objetos opacosA cor que um objeto apresenta é a que se obtém quando, do espectro da luz branca, se subtraem as radiações que são preferencialmente absorvidas por ele.

A cor de um objeto depende da radiação com que é iluminado.

Espectro ElectromagnéticoEspectro

eletromagnéticoAo conjunto das várias radiações electromagnéticas chama-se espectro electromagnético.