Onde Encontrar esse material?

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1 Ondas

2 Onde Encontrar esse material? Assunto: Física 2

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6 Campo Magnético "Campo magnético é toda região ao redor de um imã ou de um condutor percorrido por corrente elétrica. Os pólos magnéticos de mesmo nome se repelem e de nomes contrários se atraem. "Segure o condutor com a mão direita de modo que o polegar aponte no sentido da corrente. Os demais dedos dobrados fornecem o sentido do vetor campo magnético, no ponto considerado. (Regra da mão direita)". 6

7 Regra da mão direita 7

8 Campo Magnético 8

9 Vetor: Segmento de reta com módulo direção e sentido Permeabilidade Magnética: grau de magnetização de um material em resposta a um campo magnético. 9

10 Ondas Eletromagneticas A primeira previsão da existência de ondas eletromagnéticas foi feita, em 1864, pelo físico escocês, James Maxwell. Ele conseguiu provar teoricamente que uma perturbação eletromagnética devia se propagar no vácuo com uma velocidade igual à da luz. Hertz produziu ondas eletromagnéticas por meio de circuitos oscilantes e, depois, detectou-se por meio de outros circuitos sintonizados na mesma freqüência. Seu trabalho foi homenageado posteriormente colocando-se o nome "Hertz" para unidade de freqüência. 10

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12 Permeabilidade Magnética:é uma constante física que descreve como um campo elétrico afeta e é afetado por um meio. Permissividade elétrica:é uma propriedade exibida por uma substância que tem uma habilidade inata para resistir a uma carga elétrica induzida dentro de sua estrutura. 12

13 Características Importantes das Ondas Eletromagnéticas São formadas por campos elétricos e campos magnéticos variáveis. O campo elétrico é perpendicular ao campo magnético. São ondas transversais (os campos são perpendiculares à direção de propagação). Propagam-se no vácuo com a velocidade "c". Podem propagar-se num meio material com velocidade menor que a obtida no vácuo. 13

14 O campo elétrico E ao redor do fio em um certo instante estará apontando num sentido e, depois, no sentido contrário. Esse campo elétrico variável E irá gerar um campo magnético B, que será também variável. Por sua vez, esse campo magnético irá gerar um campo elétrico. E assim por diante. 14

15 Campo elétrico e Campo magnético O campo elétrico é perpendicular ao campo magnético, o que podemos verificar facilmente: quando um fio é percorrido por cargas em movimento, o campo elétrico num ponto próximo ao fio pertence ao plano do fio, enquanto o campo magnético está saindo ou entrando neste plano. 15

16 Comprimento de onda 16

17 No geral, as ondas eletromagnéticas se propagam em linha reta As ondas eletromagnéticas são bastantes influenciadas pela atmosfera terrestre e obstáculos tais como: montanhas, prédios, íons e elétrons da ionosfera e gases que circulam a superfície da terra. As ondas de maneira geral se propagam em linha reta, exceto quando existem obstáculos que tendem alterar sua trajetória. 17

18 Espectro Eletromagnético A palavra espectro (do latim "spectrum", que significa fantasma ou aparição) foi usada por Isaac Newton, no século XVII, para descrever a faixa de cores que apareceu quando numa experiência a luz do Sol atravessou um prisma de vidro em sua trajetória. Atualmente chama-se espectro eletromagnético à faixa de freqüências e respectivos comprimentos de ondas que caracterizam os diversos tipos de ondas eletromagnéticas. As ondas eletromagnéticas no vácuo têm a mesma velocidade, modificando a freqüência de acordo com espécie e, consequentemente, o comprimento de onda. 18

19 Espectro Eletromagnético 19

20 Ondas: Classificação por Uso Ondas de rádio é a denominação dada às ondas desde freqüências muito pequenas, até 1012 Hz, acima da qual estão os raios infravermelhos. As ondas de rádio são geradas por osciladores eletrônicos instalados geralmente em um lugar alto, para atingir uma maior região. Logo o nome "ondas de rádio" inclui as microondas, as ondas de TV, as ondas curtas, as ondas longas e as próprias bandas de AM e FM. As ondas de rádio propriamente ditas, que vão de 104 Hz a 107 Hz, têm comprimento de onda grande, o que permite que elas sejam refletidas pelas camadas ionizadas da atmosfera superior (ionosfera). Estas ondas, além disso, têm a capacidade de contornar obstáculos como árvores, edifícios, de modo que é relativamente fácil captá-las num aparelho rádio-receptor. 20

21 Ondas de TV 21

22 Microondas 22

23 Microondas 23

24 Luz visível 24

25 Raios X 25

26 Raio X 26

27 Raios Gama 27

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29 Reflexão e Refração de Ondas Suponha que alguém faça um único movimento de vaivém, vertical, na extremidade de uma corda estendida horizontalmente. Observa-se um pulso propagando-se ao longo da corda. Posso dizer que pulso é a onda! 29

30 Reflexão de um pulso Ao bater na parede (extremidade fixa) o pulso volta pelo princípio da conservação da energia. Dizemos que o pulso refletido está defasado 30

31 E a reflexão quando a extremidade é móvel? 31

32 Refração Fenômeno que ocorre quando a onda muda seu meio de propagação. Vamos considerar três casos: 1 o - A densidade linear (m) das cordas é a mesma, ou seja, m 1 =m 2. Quando o pulso passa de uma corda para a outra, toda energia é transmitida, não ocorrerá reflexão e a onda continua como se estivesse no mesmo meio, mantendo todas suas características (freqüência, amplitude, velocidade e comprimento de onda). 32

33 Refração 33

34 Refração 2 o A densidade linear da primeira corda (m 1 ) é maior do que a da segunda (m 2 ), ou seja,m 1 > m 2. Quando o pulso chega ao ponto de junção das cordas, ocorre ao mesmo tempo refração e reflexão. Esse ponto funciona como uma extremidade livre e o pulso refletido retorna sem inversão de fase. O pulso refratado tem sempre a mesma fase do incidente. Parte da energia do pulso incidente é transmitida ao pulso refratado e parte ao pulso refletido, diminuindo assim a amplitude desses dois pulsos, ou seja, A>A 1 e A>A 2. 34

35 Refração A velocidade da onda na corda mais densa mais pesada é menor do que a velocidade na corda menos densa mais leve. Então, V 2 >V 1. A freqüência f é a mesma nas duas cordas, pois a fonte é a mesma. 35

36 Refração Observe que, quanto maior a velocidade V maior o comprimento de onda l. Portanto o comprimento de onda da corda menos densa é maior que o da corda mais densa. 36

37 Refração 3 o - A densidade linear da primeira corda (m 1 ) é menor <do que a da segunda (m 2 ), ou seja, m 1 m 1 < m 2. Quando o pulso chega ao ponto de junção das cordas, ocorre ao mesmo tempo refração e reflexão. Esse ponto funciona como uma extremidade fixa e o pulso refletido retorna com inversão de fase. O pulso refratado tem sempre a mesma fase do incidente. Parte da energia do pulso incidente é transmitida ao pulso refratado e parte ao pulso refletido, diminuindo assim a amplitude desses dois pulsos, ou seja, A>A 1 e A>A 2. 37

38 Refração A freqüência (f) desses dois pulsos é a mesma, pois a fonte é a mesma. 38

39 Superposição de ondas A superposição, também chamada interferência em alguns casos, é o fenômeno que ocorre quando duas ou mais ondas se encontram, gerando uma onda resultante igual à soma algébrica das perturbações de cada onda. 39

40 Superposição de ondas No momento em que os pulsos se encontram, suas elongações em cada ponto da corda se somam algebricamente, sendo sua amplitude (elongação máxima) a soma das duas amplitudes: 40

41 Superposição de ondas Após este encontro, cada um segue na sua direção inicial, com suas características iniciais conservadas. Este tipo de superposição é chamado interferência construtiva, já que a superposição faz com que a amplitude seja momentaneamente aumentada em módulo. 41

42 Superposição de ondas Situação 2: os pulsos são dados em oposição de fase. 42

43 Superposição de ondas Novamente, ao se encontrarem as ondas, suas amplitudes serão somadas, mas podemos observar que o sentido da onda de amplitude é negativo em relação ao eixo vertical, portanto <0. Logo, o pulso resultante terá amplitude igual a diferença entre as duas amplitudes: 43

44 Superposição de ondas Sendo que o sinal negativo está ligado à amplitude e elongação da onda no sentido negativo. Após o encontro, cada um segue na sua direção inicial, com suas características iniciais conservadas. Este tipo de superposição é chamado interferência destrutiva, já que a superposição faz com que a amplitude seja momentaneamente reduzida em módulo. 44

45 Superposição de ondas periódicas A figura mostra a sobreposição de duas ondas com períodos iguais e amplitudes diferentes (I e II), que, ao serem sobrepostas, resultam em uma onda com amplitude equivalente às suas ondas (III). Este é um exemplo de interferência construtiva. 45

46 Superposição de ondas periódicas Já este outro exemplo, mostra uma interferência destrutiva de duas ondas com mesma frequência e mesma amplitude, mas em oposição de fase (I e II) que ao serem sobrepostas resultam em uma onda com amplitude nula (III). 46

47 Ondas Estacionárias Quando duas ondas periódicas de frequências, comprimentos de onda e amplitude iguais, propagando-se em sentidos contrários, superpõem-se em um dado meio, vemos se formar uma figura de interferência chamada de onda estacionária. Evidentemente, não se trata de uma onda, na acepção normal do termo, mas de um particular padrão de interferência. 47

48 Ondas Estacionárias Nos pontos de interferência construtiva (V), denominados ventres ou pontos ventrais, a amplitude de oscilação é máxima, correspondendo ao dobro da amplitude de cada onda constituinte. Aos pontos de interferência totalmente destrutiva (N) damos o nome de nós ou pontos nodais, que não oscilam, permanecendo, portanto, em equilíbrio (veja a figura acima). A distância entre dois ventres consecutivos, ou entre dois nós consecutivos, é igual à metade do comprimento de onda da onda estacionária. 48