Transmissão de informação sob a forma de ondas

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Estela Tomé Arantes
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1 Transmissão de informação sob a forma de ondas Adaptado da Escola Virtual (Porto Editora) 1 2 1

2 3 ONDAS: fenómenos de reflexão, absorção e refração Quando uma onda incide numa superfície de separação entre dois meios óticos diferentes pode ocorrer reflexão, absorção ou refração (transmissão) dessa onda. 4 2

3 Reflexão de uma onda Em que é que consiste, exatamente a reflexão? A reflexão é um fenómeno ótico ou sonoro que consiste no retorno das ondas incidentes ao meio onde se propagam, quando incidem numa superfície refletora, havendo, geralmente, mudança de direção de propagação. 5 Há 2 tipos de reflexão: a difusa e a regular Se os raios luminosos incidem numa superfície polida, como, por exemplo, um espelho plano, os raios refletidos são paralelos entre si diz-se, nesta situação, que ocorreu reflexão, regular ou especular. No caso de a superfície não ser polida, os raios são refletidos com orientações diversas diz-se que ocorreu reflexão, que se designa por difusa. Quanto mais polida é a superfície, maior é a intensidade das ondas luminosas ou sonoras refletidas 6 3

4 Leis da Reflexão 1. ª Lei de Descartes da Reflexão O raio incidente, o raio refletido e a normal à superfície estão no mesmo plano. OU A onda incidente, a onda refletida e a normal à superfície refletora (superfície polida de separação entre dois meios) estão no mesmo plano. 2. ª Lei de Descartes da Reflexão O ângulo de incidência e o ângulo de reflexão refletido são iguais (têm a mesma amplitude). O ângulo de incidência é definido como o angulo entre o raio de luz incidente e a normal a superfície no ponto de incidência (i). O ângulo de reflexão é definido como o angulo entre o raio refletido e a normal (r). 7 Leis da reflexão Observando o esquema, que representa a reflexão de um raio luminoso numa dada superfície, pode verificar-se que: o raio incidente, o raio refletido e a normal estão no mesmo plano 1.ª Lei da Reflexão; os ângulos de incidência e de reflexão são iguais (têm a mesma amplitude) 2.ª Lei da Reflexão ou Lei da Reflexão de Snell-Descartes. 8 4

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.

5 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. v 0,75v 2 1 v( água ) 0,75v( ar ) 9 Refração (da Luz) Quando uma onda (ou raio) de luz muda de meio, a sua velocidade de propagação altera-se. Simultaneamente há uma alteração da direção de propagação, que é tanto maior quando maior for a diferença entre as velocidades de propagação da luz nos dois meios. 10 5

6 Índice de refração Quando uma onda muda de meio, a sua velocidade de propagação altera-se. Podemos saber o quanto se altera e que valor passa a ter essa velocidade usando o índice de refração. A definição do índice de refração leva a que os valores de n sejam sempre superiores a 1 (n >1), porque c > v. 11 Índice de refração 12 6

7 Em que é que consiste, exatamente a refração? v A refração consiste na passagem de uma onda de um meio para outro com características diferentes, com a consequente alteração da velocidade e direção de propagação da onda. A onda muda de direção na fronteira entre os dois meios. Consequentemente o valor do comprimento de onda, λ, também se altera, podendo aumentar ou diminuir. A frequência da onda nunca se altera. f Como f = constante e v e λ são diretamente proporcionais se v, então, λ Se v, então, λ 13 Leis da refração 1.ª Lei da Refração O raio de luz incidente numa superfície que separa dois meios, o raio refletido e o raio refratado, bem como a normal à superfície no ponto de incidência, pertencem ao mesmo plano (plano de incidência). 14 7

8 Leis da refração Lei de Refração de Snell-Descartes ou 2.ª Lei da Refracção O ângulo de incidência (θ i ) e o ângulo de refração (θ r ), para cada meio, relacionam-se pela expressões: n 1 sen 1 n2 sen 2 Sendo n 1 e n 2 os índices de refração dos meios. 15 REFRAÇÃO DA LUZ O raio de luz quando penetra num meio onde a sua velocidade é mais baixa, ou seja, um meio mais refringente, aproxima-se da normal à superfície. O ângulo de refração é menor que o ângulo de incidência. 16 8

9 REFRAÇÃO DA LUZ O raio de luz quando penetra num meio onde a sua velocidade é mais alta, ou seja, um meio menos refringente, afasta-se da reta normal à superfície. O ângulo de refração é maior que o ângulo de incidência. 17 Reflexão total Considera um raio luminoso que passa de um meio oticamente mais denso para um meio oticamente menos denso, como o ar. O que acontece à trajetória do raio luminoso? 18 9

Reflexão total A reflexão total de uma onda é uma situação muito particular do fenómeno da refração, em que a onda, devido às características dos meios, é tão

19 Quando a luz se propaga num meio como a água e incide na fronteira de um outro meio menos denso (como o ar), reflete-se e refrata-se, afastando-se da normal.

10 Reflexão total A reflexão total de uma onda é uma situação muito particular do fenómeno da refração, em que a onda, devido às características dos meios, é tão desviada na superfície de separação entre eles que passa a sofrer apenas reflexão. 19 Quando a luz se propaga num meio como a água e incide na fronteira de um outro meio menos denso (como o ar), reflete-se e refrata-se, afastando-se da normal. No entanto, existe um ângulo de incidência para o qual o ângulo de refração é máximo: aproximadamente 90º. Ao ângulo de incidência que ocorre quando o ângulo de refração é máximo (θ r =90º), dá-se o nome de ângulo limite ou ângulo crítico, θ c

Reflexão total Para ângulos de incidência superiores ao ângulo crítico, não se observa refração e toda a luz é refletida. A este fenómeno chama-se reflexão total.

11 Reflexão total Para ângulos de incidência superiores ao ângulo crítico, não se observa refração e toda a luz é refletida. A este fenómeno chama-se reflexão total. 21 O fenómeno de reflexão total da luz, quando esta incide sobre uma superfície com um ângulo acima do ângulo crítico, está na base do funcionamento das fibras óticas, uma poderosa tecnologia de comunicação, criada em meados do século XX. As fibras óticas Numa geração mais recente de fibras óticas, devido ao diminuto diâmetro do seu núcleo, a luz propaga-se praticamente em linha reta. Modo de propagação da luz no interior de uma fibra ótica: Os sinais luminosos viajam no interior da fibra ótica através da reflexão total da luz na superfície de separação entre o núcleo e o revestimento de separação da fibra, que tem um índice de refração superior ao do vidro

Têm muitas aplicações no quotidiano, desde a comunicação de informação até à endoscopia, passando pela arte.

12 As fibras óticas e feixes óticos As fibra óticas são varetas de vidro revestidas com um material com um índice de refração superior ao do vidro. São muito longas, muito flexíveis e muito finas (com um diâmetro aproximado ao de um cabelo humano). Têm muitas aplicações no quotidiano, desde a comunicação de informação até à endoscopia, passando pela arte. Estas fibras agrupam-se em feixes chamados cabos óticos. 23 Perda de informação nas fibras óticas As fibras óticas são utilizadas para transmitir sinais luminosos a longas distâncias e com elevado rendimento, isto é, com pequena perda de informação

13 Fenómenos de difração A difração é um fenómeno que consiste no desvio de ondas quando estas encontram obstáculos ou orifícios. O fenómeno da difração é muito importante nas ondas sonoras. 25 Difração de ondas (sonoras) Há difração das ondas sonoras quando estas passam através de um orifício ou contornam um objeto cuja dimensão é da mesma ordem de grandeza do seu comprimento de onda. Quando encontram obstáculos (ou orifícios) as ondas encurvam, de modo a ultrapassá-los / contorná-los. No dia a dia há inúmeros exemplos de difração de ondas sonoras

Difração de ondas (sonoras) É o fenómeno de difração das ondas sonoras que nos permite, por exemplo, ouvir o som de um pássaro quando este canta no seu ninho, no interior de um

14 Difração de ondas (sonoras) É o fenómeno de difração das ondas sonoras que nos permite, por exemplo, ouvir o som de um pássaro quando este canta no seu ninho, no interior de um tronco de árvore. É, também, graças a este fenómeno que consegues ouvir o que um colega teu te diz se estiverem a jogar um jogo de computador, frente a frente. 27 Difração de ondas 28 14

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Fenómenos ondulatórios Sumário UNIDADE TEMÁTICA 2. 2- Comunicação de informação a longas distâncias. 2.2- Propriedades das ondas. - Reflexão e refração de ondas. - Leis da reflexão e da refração. - Índice de refração de um meio.