Luz

Sinais luminosos

Um sinal luminoso é toda e qualquer forma de comunicar usando a luz.
Os sinais luminosos são usados em faróis, semáforos, anúncios, etc.

Triângulo de visão

Propagação da luz

A luz propaga-se em linha reta em todas as direções, sempre que a sua velocidade de propagação é constante num dado meio- meio isotrópico.

Raio luminoso - cada uma das direções retilíneas segundo a qual a luz se propaga. 

As fontes luminosas emitem feixes de raios luminosos.

Ao se propagar a luz pode atravessar materiais transparentes e translúcidos, mas não atravessa materiais opacos.

Materiais transparentes - permitem os raios de luz os atravessem completamente. Ex: água e vidro.

Materiais translúcidos - permitem que os raios de luz os atravessem parcialmente. Ex: papel fino.

Materiais opacos - não permitem que os raios de luz os atravessem. Ex: parede.

Devido à propagação retilínea da luz, sempre que um feixe de luz é interceptado por um material opaco, surge uma zona de sombra e uma zona de penumbra.

Corpos luminosos e iluminados 
Corpos luminosos - todos os corpos que produzem ou têm luz própria.
Corpos iluminados - objetos que não possuem luz própria, refletindo ou transmitindo a luz que recebem de um corpo luminoso.

Triângulo de visão

Para observar um objeto é necessário que este emita parte (ou totalidade) da luz que recebeu, de uma fonte luminosa, para um detetor. O objeto, a fonte luminosa e o detetor constituem o triângulo de visão.

Espelhos

Reflexão da luz

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

Superfícies polidas -  Todos os raios paralelos de um feixe são desviados na mesma direção e ocorre a reflexão regular da luz.

Superfícies rugosas - Os raios paralelos de um feixe são desviados em direções diferentes, porque nem todos os raios daquele incidem com o mesmo ângulo, devido às rugosidades da superfície e dá-se a difusão da luz.

Leis da reflexão da luz

a - raio incidente;

b - normal (reta imaginário perpendicular à superfície do ponto de incidência);

c - raio refletido;

d - ângulo de incidência;

e - ângulo de reflexão;

f - ponto de incidência;

g - superfície espelhada.

Leis da reflexão da luz:

• o raio incidente, o raio refletido e a normal estão no mesmo plano;
• os ângulos de incidência e de reflexão têm a mesma amplitude.

Formação de imagens num espelho plano
Espelhos - superfícies polidas que refletem regularmente a luz e permitem obter imagens nítidas dos objetos. Existem espelhos com superfícies planas e curvas.

Características das imagens obtidas nos espelhos planos:

• são direitas e do mesmo tamanho que o objeto;
• estão à mesma distância do espelho que o objeto;
• são virtuais (não se conseguem projetar num alvo);
• são simétricas.

Espelhos esféricos

Nos espelhos côncavos, os raios incidentes paralelos ao eixo principal quando são refletidos convergem para um ponto, que se designa foco principal do espelho (F).

Nos espelhos convexos, os raios incidentes paralelos ao eixo principal quando são refletidos divergem. Os prolongamentos dos raios refletidos encontram-se num ponto, o foco principal do espelho (F).

Características das imagens obtidas com espelhos esféricos

As imagens obtidas com espelhos esféricos são simétricas.

As imagens obtidas nos espelhos côncavos dependem da posição a que o objeto se encontra do espelho, podendo assim ser:

• reais, invertidas e menores do que os objetos;
• reais, invertidas e maiores do que os objetos. Ex: telescópio refletor;
• virtuais, direitas e maiores do que os objetos. Ex: espelho de maquilhagem.

As imagens obtidas nos espelhos convexos não dependem da posição do objeto em relação ao espelho e por isso são:

• virtuais, direitas e menores do que o objeto. Ex: espelho de segurança de supermercado.

Fibras ópticas

Refração da luz 
Refração da luz -  fenómeno que ocorre quando a luz passa de um meio óptico para outro, onde a velocidade de propagação é diferente.

i - ângulo de incidência

r - ângulo de refração

Verifica-se que:

• o raio refratado se aproxima da normal quando a velocidade no segundo meio é inferior à velocidade no primeiro meio; caso contrário, afasta-se da normal;
• não há mudança de direção quando o ângulo de incidência é 0º, ou seja quando o raio incide perpendicularmente à superfície de separação dos meios.

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

O lápis aparenta estra partido na zona de separação do ar e do líquido, devido à refração da luz.

Reflexão total

Quando o ângulo de incidência ou de refração tem maior amplitude que o ângulo limite (L) acontece a reflexão total.

Fibras ópticas

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

Nas fibras óticas mais antigas, há um conjunto de dois tubos com características diferentes. A velocidade de propagação da luz é maior no tubo externo do que no interno. Assim, se a luz incidir na superfície de separação dos dois tubos com um ângulo superior ao crítico, ocorre reflexão total. A luz propaga-se a grandes distâncias com pouca diminuição da sua intensidade.

Aplicações das fibras óticas

As fibras óticas têm aplicações:

• nas telecomunicações;
• na medicina - técnica de endoscopia, por exemplo.

Lentes

Lentes

Lentes - corpos transparentes, geralmente de vidro ou de plástico tratado, limitados por uma ou duas superfícies curvas. Sendo um meio ótico diferente do ar, ao passar do ar para a lente, a luz sofre refração, e volta a sofrer refração quando passa da lente para o ar.

Características da imagens obtidas com lentes convergentes e divergentes

As imagens obtidas nas lentes covergentes podem ser:

• reais, invertidas e menores do que os objetos; Ex: máquina fotográfica, cristalino do olho;
• reais, invertidas e maiores do que os objetos. Ex: projetor de slides;
• virtuais, direitas e maiores do que os objetos. Ex: lupa.

As imagens obtidas nas lentes  divergentes são:

• virtuais, direitas e menores do que o objeto. Ex: lentes dos óculos das portas exteriores das casas.

Por que razão algumas pessoas usam óculos?

Constituição do olho

retina - membrana onde se formam as imagens;

pupila - abertura circular por onde entra a luz;

cristalino - lente que permite focar as imagens dos objetos na retina.

Formação das imagens
A quantidade de luz que entra no olhos é controlada pela pupila que se abre quando há menos luz e se fecha quando há muita luz.

A luz que entra é focada pelo cristalino, que funciona como lente. Esta focagem permite projetar as imagens dos objetos numa certa zona da retina. A imagem que se obtém é invertida e menos do que o objeto.

Defeitos da visão
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.

Formação das imagens à frente da retina.

O míope vê bem ao perto e mal ao longe.










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.

Formação das imagens atrás da retina.

O hipermetrope vê mal ao perto e bem ao perto.











Correção dos defeitos da visão
Miopia
A miopia é corrigida com lentes divergentes. Os raios de luz divergem depois de passar a lente e, assim a convergência feita pelo olho permite obter a imagem exatamente sobre a retina.

Hipermetropia
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.

O arco-íris

Espetro de luz branca

Um feixe de luz branca é normalmente constituído por mais do que uma radiação monocromática. Ao passar do ar para um meio transparente, cada radiação refrata-se com um ângulo diferente, formando-se uma banda contínua de cores, que se designa por espetro de luz branca ou espetro de luz visível.

Este fenómeno designa-se por dispersão da luz branca. 

É possível efetuar o inverso, que se designa por recomposição da luz.

Dispersão da da luz branca num prisma.

Recomposição da luz.

O arco-íris

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

Por que razão os objetos têm cor?

Cor e luz

A cor é um fenómeno óptico que se verifica quando a luz incide sobre um objeto. O objeto pode absorver, refletir ou transmitir determinadas radiações, entre aquelas 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

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

Uma cor secundária e a primária que não lhe deu origem são cores complementares. Sobrepondo duas cores complementares obtém-se o branco.

Cor dos objetos opacos

Cor dos objetos transparentes

Os objetos transparentes são aqueles que se deixam atravessar pela luz, absorvendo alguma radiações e transmitindo outras. Estes objetos apresentam a cor da radiação que transmitem (deixam passar).

Espetro eletromagnético

A luz como onda eletromagnética

A luz é uma onda eletromagnética transversal.

A velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas é máxima no vazio = 300 000 km/s

Espetro eletromagnético

Além da luz visível, existem outros tipos de ondas eletromagnéticas, como os raios X, as radiações ultravioletas e infravermelhas.

Espetro eletromagnético = conjunto das várias radiações eletromagnéticas.

O que ouve o ouvido humano?

Ouvido humano
O ouvido humano é constituído por ouvido esterno, ouvido médio e ouvido interno.

As vibrações sonoras são captadas pelo ouvido externo (no tímpano) e transmitidas ao ouvido médio, que as amplifica e envia ao ouvido interno.

A propagação das ondas no líquido interno origina impulsos elétricos que são transmitidos ao cérebro pelo nervo auditivo. No cérebro, estes implusos são descodificados e traduzidos em sons.


Espetro sonoro
Nem todas as vibrações que atingem os nosso ouvidos são por estes rececionadas.
Espetro sonoro - conjunto de todas as frequências possíveis para as ondas sonoras.

De acordo com a frequência da onda sonora, classificam-se os sons em infra-som, som audível pelo ouvido humano e ultra-som.

Mas há seres vivos que conseguem detetar alguns dos sons que para os humanos são inaudíveis.

Curiosidade:

Ruídos mais incomodativos:

Escala decibel e audiogramas

Nível sonoro - escala comparativa que avalia a intensidade do som. Mede-se em decibel (dB).

Os gráficos que medem a audibilidade de cada pessoa em função da frequência e do nível sonoro são audiogramas.

Pode concluir-se que:

• quanto menor frequência, maior intensidade;
• quanto mais frequência, menos intensidade.

Quando o nível sonoro é superior a 130 dB, o som provoca um sensação dolorosa. Sons de intensidade muito elevada podem causar surdez.

De um modo geral, o limiar de audibilidade diminui com a idade, ou seja, é necessário que o som tenha maior intensidade para que possa ser detetado.

Surdez

A surdez tem diversas origens, podendo dever-se à exposição a sons de intensidade muito elevada, a malformações ou infeções permanentes. Por exemplo, se os ossículos do ouvido se colarem ao ouvido interno, deixam de vibrar eficazmente e não ocorre uma boa transmissão da onda sonora. Se os canais foram obstruídos, por exemplo, com a formação de cera no canal auditivo, também ocorrerá surdez.

Para completar este aula deixo-vos aqui um vídeo para que percebam melhor esta parte da matéria:

Som

Produção de sons

O som é o resultado de uma vibração, que se transmite ao meio de propagação, originando ondas sonoras.

Propriedades do som

Altura do som

A altura do som é a propriedade do som que permite classificar os sons em agudos (altos e finos) ou graves (baixos ou grossos).

A altura de um som depende da frequência da onda sonora.

MAIOR ALTURA = MAIOR FREQUÊNCIA

Intensidade do som
A intensidade do som é a propriedade que permite classificar os sons em fortes e fracos.

Está relacionada com a amplitude da onda sonora.

MAIOR INTENSIDADE = MAIOR AMPLITUDE

A intensidade de um som depende ainda:

• da distância a que se encontra a fonte sonora;
• da sensibilidade auditiva.

Timbre

O timbre é a propriedade do som que permite distinguir sons com a mesma intensidade e altura, mas provenientes de fontes sonoras diferentes.

A onda  sonora é produzida por uma diapasão é uma onda simples.Quando se coloca um microfone ligado a um osciloscópio, a perturbação sonora no microfone transforma-se num sinal elétrico que varia no tempo:

A onda sonora originada por uma flauta é complexa. Quando a perturbação é detetada pelo microfone, o sinal observado no osciloscópio resulta da sobreposição de várias ondas simples que diferem na frequência. O som é uma onda mecânica, pelo que necessita de uma meio material para se propagar: não se propaga no vazio. A velocidade de propagação difere consoante o meio de propagação do som.

Propagação do som

O som é uma onda mecânica, pelo que necessita de uma meio material para se propagar: não se propaga no vazio. A velocidade de propagação difere consoante o meio de propagação do som. 

De um forma geral:

V_{som sólido} > V_{som líquido} > V_{som gás}

A velocidade de propagação do som depende do estado físico do meio, da densidade e elasticidade do material, etc.

Há materiais que são utilizados como isolantes, pois as suas partículas vibram com dificuldade, absorvendo a energia transportada pela onda sonora. A cortiça, a esferovite e a alcatifa são exemplos de materiais usados como isoladores sonoros.

Velocidade da propagação

O valor da velocidade de propagação do som em qualquer meio pode ser obtido pelo quociente entre a distância e o intervalo de tempo que o som demora a percorrer essa distância:

Quando a onda sonora é periódica, isso significa que percorre num intervalo de tempo correspondente ao período um distância igual ao comprimento de onda, e tem-se:

Como a frequência é o inverso do período:

a velocidade de propagação também pode ser calculada da seguinte forma:

Fenómenos do som

Reflexão do som - eco e reverberação

A reflexão do som ocorre quando o som, ao embater numa superfície, volta para trás, continuando a propagar-se no mesmo meio.

Para distinguir claramente o som refletido do som original, é necessário que exista entre eles um intervalo mínimo de 0,1 segundos.

No ar o som propaga-se com uma velocidade de 340 m/s:

A distância que o som percorre é:

Desta forma, para que seja possível ouvir distintamente o eco do som original, é necessário que seja percorrida numa distância de 34 metros, pelo que a superfície refletora tem de estar a uma distância mínima de 17 metros da fonte emissora.

Neste caso, não se consegue distinguir o som original do som refletido, pelo que há apenas a sensação de um prolongamento do som original e os sons parecem durar mais tempo no nosso ouvido do que seria normal.

Refração do som

Ocorre quando o som passa de um meio material para outro, pode mudar de direção. No novo meio, o som propaga-se com velocidade diferente.

Ressonância 

Ponde a vibrar um diapasão, colocando-o, de seguida, numa caixa oca, de madeira e aberta de um dos lados, verifica-se o aparecimento de um som mais intenso.

A intensidade do som foi reforçada pela vibração do ar contido na caixa com uma frequência igual à do diapasão. A este efeito chama-se ressonância.

Alguns instrumentos musicais utilizam este fenómeno para tornarem o seu som mais intenso. Para isso, possuem caixas de ressonância.

Guitarra

Tambor

Absorção e difração

Certos materiais absorvem grande parte da energia transportada pela onda sonora, sendo o som refletido muito fraco. Esses materiais podem ser utilizados para fazer isolamentos sonoros ou para evitar ecos e fenómenos de reverberação. As espumas, as fibras de vidro, as carpetes e os tecidos são exemplos de materiais que têm grande poder de absorção.

A difração do som é um fenómeno que está relacionado com a capacidade que o som tem de contornar obstáculos. É em parte, devido a este fenómeno que é possível ouvir sons provenientes da parte de trás de um muro.

Ondas

O que são ondas?

Uma onda é uma perturbação que se inicia num ponto e se propaga, transferindo energia de um ponto para o outro.

Na propagação de uma onda, só há transferência de energia, não há transporte de matéria.

Existem vários tipos de ondas, como, as ondas sísmicas, as ondas do mar, as ondas sonoras, as ondas luminosas, etc.



Ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas
Todas as ondas se propagam transferindo energia de um ponto para o outro.
As ondas mecânicas, para se propagar, necessitam de um meio material.
Exemplos de ondas mecânicas: ondas sonoras, ondas sísmicas, ondas da água do lago, etc.


As ondas eletromagnéticas não necessitam de um meio material para se propagar, propagam-se no vazio. As ondas luminosas são exemplos de ondas eletromagnéticas.



Ondas longitudinais e transversais
Ondas longitudinais são aquelas em que a direção de propagação coincide com a direção de vibração.

Nas onda transversais, a direção de propagação e a vibração são perpendiculares.

Ondas sonoras

O som é produzido pela vibração de uma fonte sonora. Essa vibração transmite-se através de um meio material até aos ouvidos, onde é percepcionada. A transmissão das vibrações ao meio circundante provoca a aproximação das partículas em determinadas zonas e o seu afastamento noutras. As zonas de compressão (aproximação das partículas) correspondem a cristas e as rarefação (afastamento das partículas) a vales.

À vibração de uma fonte sonora está associada energia de movimento (energia cinética), a qual é transferida através da onda enquanto esta se propaga no meio material.



Características de uma onda periódica
Numa onda periódica, todas as partículas do meio vibram de igual forma. Mas no mesmo instante pode haver uma partícula que se encontra na posição de equilíbrio, outra que se encontra abaixo da posição de equilíbrio e uma outra que está acima da posição de equilíbrio. Se duas partículas se encontram na mesma posição relativamente ao equilíbrio, diz-se que estão na mesma fase de vibração. Assim, uma onda periódica pode ser caracterizada por diferentes grandezas.

A diferença de posição entre qualquer ponto e o equilíbrio chama-se elongação.
O comprimento de onda é a distância máxima entre dois pontos que se encontram na mesma fase. A unidade de base é o metro.

Numa onda de deslocamento, a amplitude corresponde à distância máxima da elongação e exprime-se em metro.

A frequência da onda corresponde ao número de ciclos (oscilações) que se completam em cada segundo. Expressa-se em vibrações ou ciclos por segundo.

O intervalo de tempo mínimo decorrido até que o fenómeno retome as mesmas características - tempo necessário para se completar um ciclo- denomina-se período e é representado pela letra T.

Temperatura e calor

Diferenças entre calor e temperaturas

Temperatura

Calor

 Conclusão:
Assim, enquanto a temperatura é uma propriedade dos corpos, o calor é uma medida da transferência de energia entre corpos.

Aquecimento dos materiais

O calor é a energia térmica em movimento.

Existem dois processos de transferência de energia como calor:

• condução;
• convecção.

Condução

A condução é um processo em que as partículas diretamente em contacto com a fonte quente adquirem uma maior agitação, pois a temperatura é maior.

Contudo, nem todos os sólidos são bons condutores térmicos. 

Os metais são, em geral, bons condutores térmicos. A madeira, a lã, a cortiça são exemplos de maus condutores térmicos.

Bons condutores térmicos:

Maus condutores térmicos:

Convecção:

A convecção é um processo de transferência de energia que ocorre nos fluidos (líquidos ou gases) e que é acompanhado de transporte de matéria).

Conclusão:

Se não ficaram a perceber bem a matéria vejam o vídeo que deixo aqui em baixo:

Transferências de energia

Transferências e transformações de energia 

Transferências de energia
A energia é algo que não se vê nem se toca, manifesta-se sob diferentes aspeto. A energia transfere-se entre corpos.
As transferências de energia ocorrem sempre que a energia passa de um sistema para outro.

Fonte e recetor de energia
Uma transferência de energia, ocorre de um sistema - a fonte - para outro- o recetor.

Transformações de energia
As transformações de energia ocorrem sempre que num sistema há conversão de uma forma de energia noutra.
Exemplo:
Na torradeira a energia elétrica é convertida (transformada) em energia térmica e luminosa.

Principio da conservação da energia

Quando ocorrem transferências de energia entre sistemas, nem toda a energia fornecida pela fonte é utilizada de forma útil pelo recetor.
De um modo geral, só uma percentagem de energia fornecida (Ef) pela fonte é utilizada (Eu) pelo recetor na realização da tarefa para o qual foi construído. A outra parte da energia é dissipada em fins não pretendidos (Ed).

Exemplo:

Assim, a energia fornecida (Ef) é  igual à soma da energia útil (Eu) com a energia dissipada (Ed).

A energia antes e depois da transformação é a mesma. O princípio da conservação da energia defende que a energia não se cria nem se destrói, apenas se transforma e transfere, conservando-se a energia total do Universo.