Espectro Eletromagnético

O espectro eletromagnético é o conjunto das várias radiações eletromagnéticas.

É constituído pelas seguintes radiações: ondas de rádio, microondas, infravermelhos, luz visível, ultravioletas, raios-x, raios-gama e raios cósmicos.

Quanto maior for a frequência da radiação, maior é a energia que lhe está associada.

As radiações no espectro eletromagnético estão por ordem crescente.

A Cor e a Luz

Um corpo absorve, reflete ou transmite determinadas radiações daquelas que recebe. Assim, a cor que um corpo apresenta depende do tipo de radiação que sobre ele incide e da sua natureza.

CORES PRIMÁRIAS DA LUZ
- vermelho;
- verde;
- azul.

CORES SECUNDÁRIAS DA LUZ
- amarelo (vermelho + verde);
- magenta (vermelho + azul);
- ciano (verde + azul).

Uma cor secundária e a primária que não lhe deu origem são cores complementares.

COR DOS OBJETOS
Quando iluminados com luz branca:
- O objecto é preto se absorver, na totalidade, todas as cores que nele incidem.

- O objecto é branco se não absorver nenhuma cor (a luz é refletida na totalidade).

- Se a cor do objeto for primária:
Ex: um objeto vermelho, quando iluminado com luz branca, reflete a luz vermelha e absorve as outras cores primárias.

- Se a cor do objecto for secundária:
Ex: um objeto amarelo, quando iluminado por luz branca, reflete a luz vermelha e a luz verde (que lhe deram origem) e absorve a luz azul.

Quando iluminados com luz não branca (ex: uma flor vermelha):
- Quando iluminada com uma luz verde, a flor fica preta e as folhas apresentam-se verdes.

- Quando iluminada com uma luz azul, a flor e as folhas surgem pretas.

- Quando iluminada por uma mistura de luz vermelha e verde, a flor e as folhas ficam com as mesmas cores.

Espectro da Luz Branca

O espectro da luz branca ou espectro de luz visível é um feixe de luz branca (policromática) que é constituído por radiações de várias cores: vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta.

 DISPERSÃO DA LUZ BRANCA 

Quando a luz branca passa do ar para o interior de um corpo transparente (ex: prisma), esta refrata-se e cada uma das suas radiações propaga-se a velocidades diferentes no interior do material e depois cada radiação refrata-se novamente, mas num ângulo diferente separando-se uma das outras. É neste momento forma-se uma banda contínua com as sete cores já referidas.

 RECOMPOSIÇÃO DA LUZ 

Este fenómeno ocorre quando as diferentes radiações monocromáticas se recompõem na luz branca.

 

Quando se roda este circulo de cores muito rápido, fica branco (ocorre a recomposição da luz branca).

 ARCO-ÍRIS 

O arco-íris forma-se quando a luz branca do sol incide numa gota de água. A luz branca ao entrar dentro da gota sofre a primeira refração e dispersa-se no seu interior. Como cada radiação tem a sua velocidade de propagação, estas separam-se e de seguida sofrem uma reflexão. Depois sofrem a segunda e última refração para o exterior da gota, formando a faixa das sete cores.

Defeitos da Visão e a sua Correção

Muitos dos problemas de visão devem-se a anomalias de focagem de luz na retina, ou seja, anomalias refrativas. Os defeitos de visão mais comuns são a miopia, a hipermetropia, o astigmtismo e a presbiopia.

 MIOPIA 

Na miopia a imagem dos objetos distantes é focada à frente da retina e não sobre ela. A miopia é consequência de um globo ocular demasiado longo ou de um cristalino demasiado convergente. Corrige-se com lentes divergentes.

Na imagem de cima está um olho com miopia e na de baixo um olho com miopia com uma lente divergente.

 

 HIPERMETROPIA 

Na hipermetropia, a focagem da imagem dos objetos é feita atrás da retina, devido a uma deficiência no globo ocular ou devido a um cristalino pouco convergente. Corrige-se com lentes convergentes.

Na imagem de cima está um olho com hipermetropia e na de baixo um olho com hipermetropia com uma lente convergente.

 ASTIGMATISMO 

O astigmatismo está associado à curvatura irregular da córnea e à forma mais ovalada do que esférica da córnea. Devido a este desajuste, a luz refrate-se em vários pontos da retina em vez de se focar em apenas um, originando uma focagem deficiente. Corrige-se com lentes cilíndrica.

 PRESBIOPIA

A presbiopia ou "vista descansada" acontece quando o cristalino perde a capacidade de focar objetos devido à rigidez dos músculos. Uma das suas manifestações é na realização de tarefas que exijam uma visão próxima, como ler, escrever, trabalhar no computador ou enfiar uma linha numa agulha.

Formação das imagens no olho

A quantidade de luz que pode atravessar a córnea é controlada pela pupila, que se abre quando há menos luz e se fecha quando há muita luz.

A luz atravessa a córnea, é focada pelo cristalino, que funciona como uma lente convergente. Esta focagem permite projetar as imagens dos objetos numa certa zona da retina. A imagem que se obtém é invertida e menor que o objeto.

Depois a imgem é enviada ao cérebro através do nervo ótico, onde é indireitada.

 

Lentes

As lentes são corpos transparentes, normalmente de vidro ou de plástico tratado, limitados por uma ou duas superfícies curvas. Como as lentes são um meio ótico diferente do ar, a luz ao passar do ar para a lente sofre refração, e de seguida volta a sofrer outra refração quando passa da lente para o ar.

Existem dois tipos de lentes:

CONVERGENTES ou CONVEXAS

Este tipo de lente possui bordos largos e tem maior espessura no centro, fazendo convergir os raios de luz paralelos ao eixo principal para um ponto único: o foco principal.

Características da imagem:

• se estiver longe:

- real, invertida e menor do que o objeto.

• se estiver a uma distância média:

- real, invertida e maior do que o objeto.

• se estiver perto;

- virtual, direita e maior do que o objeto.

DIVERGENTES ou CÔNCAVAS

Este tipo de lente possui bordos mais espessos do que o centro, fazendo divergir os raios de luz paralelos ao eixo principal, de modo que o prolongamento dos raios refratados para trás da lente se encontram num ponto: o foco principal (virtual).

Características da imagem:

- virtual;
- direita;
- menor do que o objeto.

Reflexão Total

A reflexão total é um fenómeno que acontece quando a luz passa de um meio no qual a velocidade é menor para um meio cuja velocidade é maior e o raio refratado afasta-se da normal. Se o ângulo de incidência for superior ao ângulo crítico ou ãngulo limite (L) deixa de haver refração, e toda a luz que incide na superfície de separação dos meios é refletida.

As fibras óticas são um exemplo de reflexão total: no interior dos seus tubos de vidro ou plástico, a luz propaga-se por sucessivas reflexões. As fibras óticas são usadas na medicina e nas telecomunicações.

Refração da Luz

A refração da luz é um fenómeno que ocorre quando a luz passa de um meio ótico para outro, onde a velocidade de propagação é diferente, e normalmente sofre mudança de direção.

 

- O raio refratado aproxima-se da normal quando a velocidade no segundo meio (N2) é inferior à velocidade no primeiro meio (N1), ou seja se a velocidade no segundo meio (N2) for superior à do primeiro meio (N1) o raio refratado afasta-se da normal.

 

- Não há mudança de direção quando o ângulo de incidência é de 0º, ou seja, quando o raio incide perpendicularmente à superfície de separação dos meios.

 

Também pode ocorrer com a refração, reflexão na superfície de separação dos meios.

Experiências 24 e 25 (2000 e 2100 visualizações)

 FORMAÇÃO DE IMAGENS EM ESPELHOS 

Planos

Material:
- Placa de vidro;       - Folha de papel;
- Régua;                   - Ecrã (cartão branco);
- Plasticina;              - 2 lamparina iguais.
- Lápis;

Procedimento:
1- Colocar a placa de vidro no meio de uma folha de papel e prendê-la com plasticina;
2- Com lápis, traçar uma linha na zona onde a placa de vidro toca na folha;
3- Colocar uma lamparina à frente do vidro, marcar a sua posição no papel e acendê-la;4- Colocar o ecrã na parte de trás do vidro, aproxima-lo e afasta-lo, procurando projetar a imagem da lamparina;
5- Colocar a outra lamparina apagada na parte de trás do vidro, na zona onde parece estar a imagem da primeira lamparina, e marcar também a posição dessa lamparina;
6- Medir as distâncias da lamparina e da sua imagem à placa de vidro.

Conclusões:
- Qual é a relação entre as distâncias da lamparina a da sua imagem à placa de vidro?
- Qual é a relação entre o tamanho da lamparina e da sua imagem?

Esféricos

Material:
- Colher de sopa em inox brilhante.

Procedimento:
1- Pegar na colher com a parte de fora virada para ti e observar um dedo da tua mão ou um objeto igualmente pequeno;
2- Afastar e aproximar a colher do teu dedo ou do objeto;
3- Repetir os passos 1 e 2, mas agora com a parte de dentro da colher virada para ti.
 
Conclusões:

- Que tipo de espelho constitui a parte de fora da colher?
- Que tipo de espelho constitui a parte de dentro da colher?

Formação de imagens em espelhos planos e esféricos

Os espelhos são superfícies polidas que refletem regularmente a luz e permitem obter imagens nítidas dos objetos. Existem espelhos planos e esféricos (côncavos e convexos).

 ESPELHOS PLANOS 
As imagens obtidas em espelhos planos têm as seguintes características:
- são direitas e do mesmo tamanho que o objeto;
- estão à mesma distância do espelho que o objeto;
- são virtuais, pois não se conseguem projetar num alvo;
- são lateralmente invertidas (simétricas), ou seja, a parte esquerda da imagem corresponde à parte direita do objeto.

 ESPELHOS ESFÉRICOS 
Os espelhos esféricos podem ser côncavos ou convexos.

CÔNCAVOS:

Nos espelhos côncavos, os raios incidentes paralelo ao eixo principal quando são refletidos convergem para um ponto, que se designa foco principal do espelho. É um foco real porque a interseção dos raios refletidos acontece à frente do espelho.

Características da imagem:

• se estiver longe:
- real, invertida e menor do que o objeto.

• se estiver a uma distância média:
- real, invertida e maior do que o objeto.

• se estiver perto;
- virtual, direita e maior do que o objeto.

CONVEXOS:

Nos espelhos convexos, os raios incidentes paralelo ao eixo principal quando são refletidos divergem. Os prolongamento dos raios refletidos encontram-se num ponto designado por foco principal do espelho. É um foco virtual porque forma-se no prolongamento dos raios refletidos, para trás do espelho.

Características da imagem:

- virtual;

- direita;

- menor do que o objeto.

Reflexão da Luz e Leis da Reflexão da Luz

A reflexão da luz é a mudança de direção ou de sentido que ocorre quando os raios luminosos incidem em certas superfícies, continuando a luz a propagar-se no mesmo meio (meio ótico).

Há dois tipos de reflexão:

Reflexão regular ou reflexão: quando a reflexão ocorre numa superfície polida (os raios são desviados paralelamente e na mesma direção).

Reflexão difusa ou difusaõ da luz: quando a reflexão ocorre numa superfície rugosa (os raios são desviados em direções diferentes).

Leis da reflexão da luz:
- o raio incidente, o raio refletido e a normal estão no mesmo plano;
- os ãngulos de incidência e de reflexão são iguais (têm a mesma amplitude).

Raio incidente ( ri ) - raio luminoso que incide sobre a superfície.
Raio Refletido ( rr ) - raio luminosos que é refletido pela superfície.
Normal (n) - linha imaginária que é perpendicular à superfície no ponto de incidência.
Ângulo de incidência ( Î ) - ângulo definido pela normal e pelo raio incidente.
Ângulo de reflexão ( r com ^ ) - ângulo definido pela normal e pelo raio refletido.

Quando o raio incide perpendicularmente à superfície (ãngulo de incidência de 0º), o raio refletido tem a mesma direção do raio incidente, havendo apenas mudança de sentido.

Luz

A luz é uma onda eletromagnética (pois não necessita de um meio material para se propagar) e transversal (pois a direção da perturbação é perpendicular à direção da propagação da onda). A luz propaga-se em linha reta e radialmente em todas as direções.

Classificação dos feixes luminosos quanto ao modo de propagação:

Convergente: o feixe de luz converge num ponto;
Divergente: o feixe de luz diverge a partir de um ponto;
Paralelo: o feixe de luz propaga-se sempre com os raios paralelos entre si.

Classificação dos materiais quanto ao modo como são atravessados pela luz:



Opaco: não se deixa atravessar pela luz;









Translúcido: deixa-se atravessar parcialmente pela luz;







Transparente: deixa-se atravessar completamente pela luz.




Corpos luminosos e iluminados:
Fontes naturais de luz: sol e outras estrelas.
Fontes artificiais de luz: lâmpadas e velas acesas.

Corpos luminoso (corpos que produzem ou têm luz própria): Sol, outras estrelas, lâmpadas e velas acesas.
Corpos iluminados ou não-luminosos (corpos que não possuem luz própria mas refletem ou transmitem a luz que recebem de um corpo luminoso): outros objetos.

 TRIÂNGULO DE VISÃO 
Para se ver um objeto é necessário um objeto (corpo iluminado), uma fonte luminosa que ilumine o objeto e um detetor de luz (ex: olhos de uma pessoa).
O triãngulo de visão consiste na iluminção do objeto através de uma fonte luminosa e na refleção dessa luz em várias direções, podendo chegar ao observadorpois reflete a luz em várias direções, podendo chegar ao observador.

Audição

 ESPECTRO SONORO 
O espectro sonoro é o conjunto de todas as frequências possíveis para ondas sonoras. Estas frequências classificam-se em infra-sons (f < 20 Hz), som audível (20 Hz < f < 20 000 Hz) e ultra-sons (f > 20 000 Hz). Apesar de o ser humano apenas ouvir entre os 20 Hz e os 20 000 Hz, há animais que ouvem ultra-sons (morcegos, golfinhos, cães, gatos).

 NÍVEL SONORO 

O ouvido humano não consegue destinguir sons de intensidade próximas ou mais fracos. Para isso estabeleceu-se uma escala comparativa para avaliar a intensidade dos sons. A unidade da escala é o decibel (dB) e o aparelho é o sonómetro.



 



Sonómetro





 AUDIOGRAMAS

Os audiogramas são gráficos onde se representa o limiar da audibilidade em função da frequência e do nível de intensidade sonora.

Através da análise de um audiograma conclui-se que:

- se a frequência é pequena, a intensidade tem de ser grande;

- se a frequência é grande. a intensidade pode ser pequena.

A partir dos 130 dB o som provoca uma sensação dolorosa.

 

 SURDEZ 

A surdez tem diversas origens como exposição a sons de intensidade muito elevada, a malformações ou a infeções permanentes.

Pode acontecer devido aos ossículos do ouvido se colarem ao ouvido interno e assim deixam de virbrar eficazmente e não ocorre uma boa transmissão da onda sonora; devido à obstrução de canais devido à cera o que origina perda de audição.

Experiências 22 e 23 (1800 e 1900 visualizações)

 Fenómenos do Som 

 Refração de um som através de um balão 

Material:
- Balão de borracha;
- Relógio despertador.

Procedimento:
1- Encher o balão de borracha com ar expirado por ti;
2- Colocar o relógio despertador em cima de uma mesa, afastar ligeiramente o balão e encostar o teu ouvido ao balão;
3- Afastar-se lentamente do balão.

Conclusões:
- Ouviste melhor o som do relógio despertador com o ouvido encostado ao balão ou num ponto mais afastado?
- Qual é a diferença entre o ar que está dentro e o ar que está fora do balão?
- Poderá o som ter sofrido refração ao passar através do balão?

 Absorção do som 

Material:
- Relógio;
- Tampa de panela;
- Mosaico;
- Pedaços de alcatifa, corticite e esferovite.

Procedimento:
1- Colocar o relógio em cima de uma mesa e tentar ouvir o mecanismo a funcionar;
2- Aproximar a tampa de panela do teu ouvido, inclinado-a de modo a ouvires o som refletido;
3- Repetir várias vezes procedimento anterior utilizando um mosaico, um pedaço de alcatifa, corticite e esfeovite.

Conclusões:
- Com que materiais se ouve melhor o som refletido?
- Em que materiais ocorre maior absorção?

Fenómenos do Som

 REFLEXÃO DO SOM 

A reflexão é um fenómeno do som que ocorre quando a onda é obrigada a mudar de direção, ao encontrar um obstáculo (superfície refletora - lisa, polida ou dura). Para se distinguir o som refletido do original é necessário um intervalo de tempo de 0,1 segundos.

Existem dois tipos de reflexão:

Eco: consiste em ouvir a repetição de um som que foi produzido instantes antes, a uma distância mínima de 17 metros da superfície refletora;

Reverberação: consiste em ouvir uma sensação de prolongamento do som original que parecem durar mais tempo no ouvido do que seria normal e não se consegue distinguir o som original do som refletido. Este fenómeno acontece quando a distância até à superfície refletora é inferior a 17 metros.

 REFRAÇÃO DO SOM 

A refração é um fenómeno do som que ocorre quando a velocidade de propagação da onda sofre alterações, ou seja, quando muda de meio.
Um exemplo deste fenómeno é quando um som produzido numa sala fechada chega à sala do lado. O som que se propaga no ar ao encontrar a parede sofre refração (aumenta a velocidade) e chega à sala do lado. No interior da parede o som sofre reflexão e absorção, ou seja, a intensidade do dom que chega à outra sala é menor.

 RESSONÂNCIA 

A ressonância é um fenómeno do som que ocorre quando a frequência natural de vibração de um corpo é igual ou múltipla da frequência de vibração da onda sonora, ou seja, o som é ampliado.




A caixa de ressonãncia da guitarra (que faz com que o som que as cordas produzem seja ampliado) é um exemplo deste fenómeno do som.

 ABSORÇÃO 
A absorção é um fenómeno do som onde grande parte da energia da onda sonora é absorvida por materiais isolantes como a cortiça, a esferovite, a lã e as fibras, ou seja, o som refletido é muito fraco.

A mobília desta sala absorve a energia da onda sonora pois tem espumas, fibras de vidro, tapetes, tecidos, etc.

 DIFRAÇÃO 

A difração é um fenómeno do som que está relacionado com a capacidade que o som tem de contornar obstáculos. Um exemplo deste fenómeno é quando se ouve sons que vêm de trás de um muro.

Experiências 19, 20 e 21 (1500, 1600 e 1700 visualizações)

 Som (produção, propagação e propriedades) 

 Como se produz um som? 

Material:
- Diapasão;
- Martelo;
- Copo de água;
- Régua de 50 cm.

Procedimento:
1- Tocar num diapasão com o martelo, depois colocar as hastes num copo com água e observar;
2- Repetir o procedimento, mas agora sem fazer percutir o diapasão. Observar;
3- Equilibrar uma régua sobre uma mesa, deixando uma parte da régua sem apoio, e pressionar, com a mão, a outra extremidade contra a mesa;
4- Provocar o movimento da extremidade da régua que está solta.

Conclusões:
- O que observaste quando colocaste o diapasão percutido dentro de água? E quando a régua está em movimento?
- O que observaste quando colocaste o diapasão sem estar percutido dentro de água? E quando a régua parou?

 "Apagar" o som? 

Material:
- Rádio;
- Campânula;
- Bomba de vácuo.

Procedimento:
1- Ligar o rádio e verificar se este funciona;
2- Colocar o rádio no interior da campânula e ligar a bomba de vácuo.

Conclusões:
- O que acontece ao som quando se liga a bomba de vácuo?

 Características da onda sonora e propriedades do som
Para relacionar as propriedades do som com as características da onda é necessário produzir diferentes sons. Vão utilizar-se dois diapasões diferentes e uma flauta. O som dos diapasões corresponde a um lá da escala musical. O que difere é a altura do lá.

Material:
- Osciloscópio;
- Microfone;
- Dois diapasões diferentes;
- Flauta (ou outro instrumento musical).

Procedimento:
1- Aproximar o diapasão do microfone e ligar este último ao osciloscópio;
2- Bater suavemente com o martelo no diapasão e observar o sinal registado no osciloscópio e medir o período. Determinar a frequência;
3- Repetir o procedimento 2 com o outro diapasão;
4- Repetir o procedimento 2, mas dando uma pancada mais intensa;
5- Aproximar a flauta do microfone e tocar um lá. Também podes experimentar cantar um lá.

Conclusões:
- Qual a relação entre a frequência da onda e a altura do som?
- Qual é a relação entre a amplitude da onda e a intensidade de um som?
- No caso da flauta, a onda sonora não é simples; com que propriedade do som se relaciona esta característica?