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?

Som (o que é, propriedades e propagação)

O som é uma manifestação de energia (sonora) que produz-se por vibração dos corpos e propaga-se através de ondas sonoras. Essas ondas são mecânicas (quanto à sua natureza) e são longitudinais (quanto à direção da perturbação).

 

 PROPRIEDADES DO SOM 

Altura - propriedade que se relaciona com a frequência da onda (som grave, baixo ou grosso; som agudo, alto ou fino);

maior altura <=> maior frequência

Intensidade - propriedade que se relaciona com a frequência da onda (sons fortes ou de maior intensidade; sons fracos ou de menor intensidade);

maior intensidade <=> maior amplitude

Timbre - propriedade que permite distinguir sons que tenham a mesma altura e intensidade, mas provenientes de fontes sonoras diferentes.

 PROPAGAÇÃO DO SOM 

Como já foi dito, o som necessita de um meio material para se propagar. A sua velocidade difere de meio para meio: é mais rápida nos sólidos do que nos líquidos e é mais lenta nos gases.

V som sólido > Vsom líquido > Vsom gasoso

Além do meio onde está presente, outros fatores também influenciam a sua velocidade como a densidade, a elasticidade e a temperatura (quanto maior é a temperatura, menor é a densidade do ar e maior é a velocidade de propagação do som).

Fórmula para calcular a velocidade de propagação do som:

Unidade de base SI:

d – metro (m)

∆t – segundo (s)

v – metro por segundo (m/s)

Ondas

Uma onda é a propagação de uma perturbação num meio material ou não. Uma onda transporta energia e não transporta matéria.




 CLASSIFICAÇÃO DE ONDAS 
– Quanto à sua natureza:
Ondas Mecânicas: ondas que se propagam num meio material.
ex: ondas do mar, ondas sonoras, ondas sísmicas.
Ondas Eletromagnéticas: ondas que não precisam de um meio material para se propagarem; propagam-se no vazio (ou no vácuo).
ex: ondas luminosas, ondas rádio, microondas, ondas ultra-violetas.

– Quanto à direção da perturbação:
Ondas Longitudinais: a direção da perturbação é igual à da propagação da onda. ex: som (ondas sonoras).

Ondas Transversais: a direção da perturbação é perpendicular à direção da propagação da onda. ex: luz (ondas luminosas).

Onda periódica: as suas características repetem-se no espaço e ao longo do tempo.

Onda não periódica: as suas características vão sendo irregulares.

 CARACTERÍSTICAS DE UMA ONDA PERIÓDICA 

f ---> frequência (nº de vibrações ou nº de ciclos por segundo)
unidade de frequência: hertz (Hz)
f = 1/T

T ---> período (tempo necessário para se completar um ciclo)
unidade do SI: segundo (s)
T = 1/T

f = 1/T <=> f x T = 1 <=> T = 1/f

Experiências 17 e 18 (1300 e 1400 visualizações)

Mecanismos de Transferência de Energia sob a forma de Calor

 Condução 
Material:
- Suporte universal;            - Régua;
- Barra de madeira;            - Barra metálica;
- Copo de precipitação;     - Placa de aquecimento;
- Água;                              - Cronómetro.
- Velas de cera;

Procedimento:

1- Executar a montagem, semelhante à da imagem, as velas devem distar cerca de 10 cm umas das outras;
2- Ligar a placa de aquecimento;
3- Quando a água começar a ferver ligar o cronómetro;
4- Registar os instantes em que as velas caem;
5- Executar agora a montagem com a barra de madeira e proceder de modo semelhante;
6- Terminar esta experiência quando se tiver ultrapassado o tempo total da experiência com a barra metálica.

Conclusões:
- Qual é a ordem em que caem as velas?
- Porque razão a última vela também cai?
- Em que material ocorre mais rapidamente a transferência de calor?


 Convecção 
Material:
- Balão de fundo plano;      - Água;
- Lamparina;                     - Triângulo de porcelana;
- Fósforos;             - Pequenos cristais de permanganato
- Tripé;                   de potássio;

Procedimento:
1- Executar uma montagem semelhante à da figura do lado;
2- Colocar o cristais de permanganato de potássio no fundo do balão e adicionar a água lentamente;
3- Acender a lamparina e observar.

Conclusões:
- O que acontece aos cristais de permanganato de potássio pouco depois de se iniciar o aquecimento?
- O que causou o movimento dos cristais de permanganato de potássio?

Mecanismos de Transferência de Energia sob a forma de Calor



Aquecimento de uma barra devido
à Condução Térmica

 CONDUÇÃO (sólidos) 

É um processo de tranferência de calor por contacto direto. A condução dá-se quando as partículas com maior agitação (temperatura mais elevada) colidem com as partículas com menor agitação (temperatura mais baixa), transferindo energia térmica.

A condução acontece principalmente nos sólidos porque a ligação entre as partículas é mais forte: estão mais perto umas das outras, colidem mais facilmente e a energia é transferida ao longo do material.
O metal é um bom condutor térmico, mas a lã, a madeira e a cortiça já são maus condutores térmicos.

Correntes de Convecção
numa chaleira devido ao seu aquecimento

 CONVECÇÃO 
(líquidos e gases)
É um processo de transferência de calor conseguido à custa do transporte de matéria. Neste processo, o fluido mais quente torna-se menos denso e sobe e o fluido mais frio, mais denso, desce. A estes movimentos dá-se o nome de correntes de convecção, que quando a temperatura fica uniforme, param.
Um exemplo de correntes de convecção são as brisas: o ar quente a subir e o ar frio a descer criam-nas.

Experiência 16 (1200 visualizações)

Transferência de calor entre corpos a temperaturas diferentes

Material:

- 2 termómetros;

- Gobelé pequeno com 100 mL de água aquecida (gobelé A);

- Gobelé grande com 100 mL de água à temperatura ambiente (gobelé B);

- 1 cronómetro.

Procedimento:

1- Medir a temperatura inicial da água, em ambos os gobelés;

2- Registar os valores lidos;

3- Colocar o gobelé pequeno dentro do gobelé grande (em contacto);

4- Ligar o cronómetro;

5- De 1 em 1 minuto ler e registar os valores da temperatura da água, em ambos os gobelés.

Conclusão:
- Como varia a temperatura em função do tempo para a água em cada um dos gobelés?
- Qual é a fonte, o recetor e a forma de energia transferida?

Extras para a realização da atividade experimental:

Temperatura e Calor

 TEMPERATURA 

É uma grandeza física que se relaciona com o grau de agitação das partículas, ou seja, com a energia cinética média das partículas. Mede-se com termómetros e a unidade no Sistema Internacional (SI) é o Kelvin (K), mas é mais utilizado os graus Celsius (°C) ou os graus Fahrenheit (ºF).

> agitação ⇨ > Ec média ⇨ > temperatura

< agitação ⇨ < Ec média ⇨ < temperatura

 CALOR 

É a medida de energia térmica transferida entre corpos a temperaturas diferentes. Quando os dois corpos a temperaturas diferentes entram em contacto, há uma troca de calor entre eles, até ficarem à mesma temperaturas (equilíbrio térmico). O calor passa do corpo com a temperatura mais alta para o corpo com a temperatura mais baixa.

Transferência de Calor entre dois corpos a
temperaturas diferentes (temperatura elevada e baixa)

 

Formas Fundamentais de Energia

Existem duas formas fundamentais de energia:
• ENERGIA POTENCIAL
(energia armazenada nos corpos e que pode vir a ser utilizada):

- energia potencial química
(associada aos alimentos, aos combustíveis e às pilhas);

- energia potencial elástica
(associada aos materiais elásticos e molas);

- energia potencial gravítica (Epg).
Qualquer corpo, mesmo em repouso, possui Epg.

> m_corpo ⇨ > Epg (para a mesma massa (m))

Epg = m x g x h (m=massa do corpo / h=altura a que se encontra)

• ENERGIA CINÉTICA (Ec) (energia associada ao movimento dos corpos).

Ec = ½ x m x v² ou Ec = m x v² / 2
 

Alteração da Energia Potencial Gravítica (Epg)
e da Energia Cinética (Ec) numa bola pendurada



 

Leis da Conservação da Energia:

- A energia não se cria nem se destrói;         Unidade de Energia: joule (J)

- A energia transforma-se e transfere-se.
 

Na imagem está representada a transferência de energia nos "Pêndulos de Newton".

Se quiseres experimentar, ou seja, fazeres tu a experiência vai à "Fun Zone" do blog e experimenta no jogo "Pêndulos de Newton".

 

Manifestações de Energia

A energia pode manifestar-se de diferentes maneiras:
- energia elétrica (existência de uma corrente elétrica);
- energia térmica (aquecimento dos corpos);
- energia sonora (som);
- energia mecânica (movimento);
- energia química (conteúdo energético das substâncias);
- energia radiante (diferentes radiações - raios-x, microondas, ultravioletas e infravermelhos);
- energia luminosa (luz).

Diferente Manifestações de Energia
em cima - energia elétrica, energia térmica e energia mecânica
em baixo - energia sonora, energia radiante, energia química e energia luminosa

Fontes de Energia e sua Classificação

 Como se classificam as fontes de energia? 

Fontes Primárias de Energia:

São os recursos naturais que podem ser usados como fontes de energia.

 

Fontes Secundárias de Energia:

São as fontes de energia que são obtidas a partir das fontes primárias de energia.

 

Fontes Renováveis de Energia:

São fontes de energia que estão em contínua renovação e podem ser utilizadas de forma ilimitada.

 

Fontes Não-Renováveis de Energia:

São fontes de energia que demoram centenas de milhares de anos a formar-se, esgotam-se à medida que vão sendo utilizadas e são consideradas limitadas.

 

 Fontes de Energia (classificação) 

- Sol (energia solar) - renovável e primária;

- Vento (energia eólica) - renovável e primária;

- Água dos rios (energia hídrica) - renovável e primária;

- Calor Interno da Terra (energia geotérmica) - renovável e primária;

- Água dos mares/oceanos (energia das ondas e das marés) - renovável e primária;

- Combustíveis Nucleares (energia nuclear) - não-renovável e primária;

- Biomassa (energia da biomassa) - renovável e primária;

- Biogás/Gás Natural (energia do biogás) - renovável e primária;

- Combustíveis Fósseis - petróleo, gás natural, carvão (energia dos combustíveis fósseis) - não-renovável e primária;

- Combustíveis - gasóleo, gasolina, fuelóleo, propano, butano (energia dos combustíveis) - não renovável e secundária.

Diferentes Fontes de Energia
em cima - energia solar, energia eólica e energia hídrica
no meio - energia geotérmica, energia das ondas e das marés e energia nuclear
em baixo - energia da biomassa, energia do biogás, energia dos combustíveis fósseis e energia dos combustíveis