Unidade 1 SOM E LUZ. Ciências Físico-químicas - 8º ano de escolaridade. O que é a luz? Como se propaga? Objetivos. Unidade 1 Som e Luz

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1 Ciências Físico-químicas - 8º ano de escolaridade Unidade 1 SOM E LUZ Como se propaga? Objetivos Concluir que a visão dos objetos implica a propagação da luz, em diferentes meios, desde a fonte de luz aos objetos e destes aos nossos olhos. Caracterizar a luz como fenómeno ondulatório. Analisar o espetro da luz visível com base na dispersão e composição da luz. Interpretar a cor dos objetos. Interpretar e reconhecer a importância da reflexão e difusão da luz. Distinguir e reconhecer a aplicabilidade das diferentes características das imagens fornecidas pelos vários tipos de espelhos. Interpretar a refração da luz com base no facto de a sua velocidade de propagação ser diferentes em diferentes meios. Compreender o funcionamento das lentes com base na refração da luz para reconhecer a sua importância e aplicabilidade na vida real. 2 1

2 A luz, tal como o som, é um fenómeno de natureza ondulatória; As ondas luminosas são ondas eletromagnéticas, isto é, ondas de natureza diferente das ondas sonoras, que são ondas mecânicas. As ondas eletromagnéticas são ondas transversais, ao contrário das do som que são longitudinais. 3 As ondas luminosas são ondas transversais, ou seja, a direcção em que se propagam é perpendicular à direcção em que se deu a perturbação. As ondas de luz e de som caraterizam-se pelas mesmas grandezas físicas: frequência, amplitude, comprimento de onda e velocidade de propagação. As ondas eletromagnéticas são ondas transversais que se propagam quer em meios materiais quer no vazio. As ondas transversais não necessitam de meio material para se propagar. 4 2

3 Semelhanças entre a Luz e Som Diferenças entre a Luz e Som - Caracterizam-se por uma frequência, uma amplitude, um comprimento de onda e uma velocidade de propagação; - Sofrem reflexão e refração quando encontram meios materiais diferentes. - Há sons audíveis e sons não audíveis pelo ser humano, e também há luz visível e luz não visível pelo ser humano. - Transportam energia e não matéria. - O som é uma onda mecância propaga-se apenas em meios materiais. - A luz é uma onda eletromagnética, propaga-se em meios materiais e no vazio. - O som quando se propaga no ar, é uma onda longitudinal, enquanto que a luz é uma onda transversal. 5 Espetro eletromagnético: conjunto de todas as ondas eletromagnéticas de diferentes frequências, umas visíveis outras não para os nossos olhos. A luz visível é uma pequena parte do espetro eletromagnético, do qual fazem parte: Ondas rádio, microondas, infravermelhos, ultra-violeta, raios X e raios Cada uma destas ondas apresenta um comprimento de onda e uma frequência característicos que se relacionam pela expressão C velocidade das ondas eletromagnéticas = x f 6 3

4 7 As ondas luminosas ou ondas eletromagnéticas: Resultam da propagação de vibrações eletromagnéticas em diferentes meios e no vazio; A velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas é muito grande e o seu valor depende do meio onde se propagam; No vazio e no ar, todas as ondas eletromagnéticas se propagam à mesma velocidade Qual a velocidade da luz? 8 4

5 A velocidade da luz A luz proveniente do Sol demora cerca de 8,4 minutos a chegar à Terra, percorrendo uma distância de aproximadamente km. Com que velocidade a luz percorre essa distância? 9 A velocidade da luz No vazio, nada de propaga mais depressa do que a luz!!! A velocidade da luz no ar é sensivelmente igual a m/s (3 x 10 8 m/s), mas é menor noutros meios. Meio Velocidade de propagação (km/s) Ar (e vazio) Água Diamante Álcool etílico Acrílico ( e vidro comum) Cristal

6 As ondas luminosas caracterizam-se por grandezas físicas como a amplitude, a frequência, comprimento de onda e velocidade de propagação. A amplitude das ondas luminosas relaciona-se com a intensidade da luz emitida pela fonte luminosa: Maior amplitude das ondas luminosas maior intensidade da luz Menor amplitude das ondas luminosas menor intensidade da luz Todas as ondas luminosas têm comprimento de onda, muito pequeno (expresso em nanómetros, nm, submúltiplo do metro) 1 nm = 0, m, ou 10-9 m 1 m = nm, ou 10 9 nm 11 A frequência, f, das ondas luminosas é muito grande, pois quanto menor o comprimento de onda, maior é a frequência. A frequência das ondas luminosas relaciona-se com a energia que transportam e está relacionada à cor da luz: Quanto maior a frequência de uma onda luminosa, mais energia ela transporta Luz vermelha: Maior comprimento onda; Menor frequência; Menor energia de Luz azul: Menor comprimento de onda; Maior frequência; Maior energia 12 6

7 EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO 1. Sabendo que o comprimento de onda de determinada radiação luminosa tem, num determinado meio transparente, o valor de 423,8 nm e que esta radiação tem uma frequência de 6,25x10 14 Hz, determine o valor da rapidez (velocidade) com que a radiação se propaga nesse meio. 2. Em dias de trovoada, verificamos que o trovão ouve-se sempre alguns segundos depois de se ver o relâmpago. a) Explica por que razão isso acontece. b) Se ouvirmos o trovão 8 segundos depois de ver o relâmpago, a que distância se encontra a trovoada? (considera que a velocidade do som no ar é de 340 m/s). c) À distância calculada na alínea anterior, quanto tempo demora a luz do relâmpago a propagar-se? (considera que a velocidade da luz é km/s). 13 EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO (resolução) 1. = 423,8 nm = 4,238x10-7 m f = 6,25x10 14 Hz v λ f v 4, v 2,64x10 m/s 6, a) a velocidade do som no ar é muito inferior (340 m/s) à da velocidade da luz no ar (v= 3,0x10 8 m/s), por isso, sempre que ocorre uma trovoada se vê primeiro o relâmpago e só depois se ouve o trovão. b) t = 8s d d=? v d v t t v=340m/s d d 2720m c) v= km/s = 3,0x10 8 m/s d=2,72x10 3 m t=? d d v t t v m 6 t 2720 t 9,07 10 segundos 8 3,0 10 m / s 14 7

8 Por que vemos os objetos? É a luz detetada pelos nossos olhos, que permite ver os objetos. Os nossos olhos vêem os objetos porque estes emitem ou refletem luz visível. Os nosso olhos só detetam a chamada luz vizível (cores do arco-íris); A luz não visível é a luz a que não é detetada pelos nossos olhos. Os corpos podem-se classificar em: Luminosos: os que são fonte luminosa, emitem luz (estrelas) Iluminados: os que refletem a luz. (Lua, outros planetas, nós, uma planta, os alimentos e a maior parte dos objetos que nos rodeiam Fontes luminosas: todos os corpos que produzem ou têm luz própria. Naturais ou artificiais 15 Por que vemos os objetos? A luz visível emitida pela lâmpada, representada pelos raios de luz, chega as nossos olhos humanos. Raios de luz: indicam o sentido e a direção da propagação das ondas de luz. É apenas a luz visível emitida que nos permite ver, embora a lâmpada emita luz não visível. 16 8

9 Por que vemos os objetos? TRIÂNGULO DA VISÃO Vemos os corpos luminosos fontes de luz - quando chega aos nossos olhos a luz que eles emitem. Vemos os restantes corpos quando: recebem luz de um corpo luminosos, reenviam total, ou parcialmente, a luz que recebem; chega as nossos olhos a luz reenviada. A fonte de luz, um corpo iluminado e os nossos olhos constituem o triângulo da visão. A difusão da luz pelos objetos não luminosos é uma das condições necessárias para que possamos ver os objetos. Os corpos iluminados podem refletir a luz, se forem polidos, ou difundi-la, se forem rugosos. 17 Por que vemos os objetos? Materiais transparentes: deixam passa a luz. Materiais translúcidos: deixam passa a luz, mas espalham-na, não sendo possível ver com nitidez os objetos através deles Materiais opacos: não são atravessados pela luz. Exemplos: ar, água límpida, vidro polido Exemplos: vidro fosco, papel vegetal Exemplos: madeira, granito e os metais 18 9

10 19 Alguns factos que observamos no dia-a-dia sugerem que, num meio transparente e homogéneo, a luz propaga-se em todas as direcções e em linha recta

11 21 Os eclipses do Sol e da Lua, as sombras e a formação de imagens invertidas numa câmara escura são também exemplos que comprovam a propagação rectilínea da luz. A formação de imagens invertidas numa câmara escura, componente essencial de uma máquina fotográfica, devese à propagação rectilínea da luz

12 Num meio transparentes e homogéneo a luz propaga-se em todas as direcções e em linha recta. 23 Raio luminoso e feixe luminoso Para tornar mais simples representar a trajectória rectilínea da luz, representa-se a luz por raios luminosos. Um raio luminoso é representado por uma linha recta com uma seta. A seta indica o sentido do raio Um conjunto de raios luminosos designase por feixe luminoso

13 Raio luminoso e feixe luminoso Embora se fale com frequência de um raio luminoso, é importante que tenhas a noção de que tal não existe. O que tem existência é um feixe luminoso, cuja direcção de propagação é simbolicamente representada por um raio luminoso. 25 Os feixes luminosos podem ser divergentes, convergentes e paralelos. Convergentes Os raios luminosos aproximam-se uns dos outros, convergindo num ponto. Divergentes Os raios luminosos partem de um mesmo ponto e afastam-se. Paralelos Os raios luminosos são, aproximadamente paralelos