Física IV. Aula 1. Sandro Fonseca de Souza Helena Malbouisson Magdalena Malek

Transcrição

1 Física IV Aula 1 Sandro Fonseca de Souza Helena Malbouisson Magdalena Malek 1

2 Sumário Conceito de Ondas Eletromagnéticas Transporte de Energia 2

3 Normas e Datas Atendimento ao estudante: sala 3018 A professora Helena Malbouisson. Os alunos com menos de 75% de presença serão reprovados por falta. Entretanto, solicitações extraordinárias devem ser feitas por escrito na secretaria do IF (3002B). Data das provas: a definir Fórum da turma: uerj-fisica-iv-quimica@googlegroups.com Grupo da turma: equerj20152@googlegroups.com 3

4 Ementa do Curso 1. Ondas Eletormagnéticas Propagação Vetor de Poynting Intensidade Pressão de Radiação Polarização 2. Ótica Física Reflexão e Refração Reflexão Interna Total Polarização por reflexão 3. Interferência Difração e o princípio de Huygens O Experimento de Young Intensidade em interferência em duas fendas 4. Difração Difração em fenda única Difração em fenda circular Rede de difração Dispersão e poder de resolução 4 5. Relatividade Transformação de Lorentz Cinemática relativística Energia-Massa 6. Mecânica Quântica O efeito fotoelétrico Equação de Schroedinger Princípio da Incerteza de Heisenberg Tunelamento Poço de potencial Modelo de Bohr O átomo de Hidrogênio 7. Física de Partículas O modelo padrão das partículas elementares O CERN O Bóson de Higgs Livros texto Halliday e Resnick, volume 4 (qualquer edição) Caruso e Oguri, Física Moderna

5 Ondas Eletromagnéticas Geração de uma Onda Eletromagnética (O.E.); Propagação de uma O.E.; Transporte de Energia; Vetor de Pointing; Pressão de Radiação e Polarização; Velocidade de uma O.E. Aplicações. 5

6 Introdução às Ondas Eletromagnéticas Há cerca de 20 anos atrás a maior parte da tecnologia desenvolvida hoje não era vislumbrada pelos engenheiros. Nos meados dos Séc. XIX, a luz visível, raios infravermelhos e ultravioleta eram as únicas formas de ondas eletromagnéticas conhecidas. 6

7 Ondas Ondas: são movimentos oscilatórios que se propagam em um meio transportando apenas energia, sem transportar matéria; Natureza das ondas: Mecânicas: perturbações provocadas em meios materiais elásticos, transportando energia mecânica. Precisam de um meio para se propagar. Não se propagam no vácuo. Exemplos: ondas em cordas, ondas em superfícies líquidas, ondas sonoras; Eletromagnéticas: Vibrações de cargas elétricas (luz, ondas de rádeio, raios-x). Transportam energia na forma de quanta pacotes de energia. Propagam-se no vácuo e em alguns meios materiais. Tipos de ondas: Transversais: a direção do movimento vibratório é perpendicular à direção de propagação (corda); Longitudinais: a direção do movimento vibratório coincide com a direção de propagação (mola). 7

8 Características de ondas transversais Crista: o ponto mais alto da onda; Vale: o ponto mais baixo da onda; crista Comprimento de onda λ Comprimento de onda (λ): a distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos; Período (T): tempo necessário para a onda deslocar-se de um comprimento de onda; vale Direção de propagação Velocidade v Frequência (f): é o inverso do perído. É medida como o número de passagem de cristas (em ponto fixo) por unidade de tempo; Frequência angular (ω): frequência angular da onda = 2πf; Amplitude: altura da onda. Distância entre a crista e o eixo da onda; Velocidade (v): distância percorrida sobre o tempo gasto = λ/t = λf; Número de onda (k): 2π/λ. 8

9 Introdução a Ondas Eletromagnéticas Uma onda eletromagnética é um campo eletromagnético (composto de um campo elétrico e um campo magnético) que se propaga. Para diferentes comprimentos de onda, temos diferentes tipos de ondas eletromagnéticas: raios-x, microondas, ultra-violeta 9

10 Sensibilidade do olho humano 10

11 Introdução a Ondas Eletromagnéticas Para Maxwell a luz é um distúrbio eletromagnético, na forma de ondas que se propagam através dos campos eletromagnéticos (uma configuração de campos elétricos e magnéticos) e de acordo com as leis do eletromagnetismo: a luz é uma onda eletromagnética. Algumas fontes de ondas eletromagnéticas são: Sol; rádio/televisão/celular; microondas; raios cósmicos. 11

12 Propriedades das O.E. Os campos E e B são perpendiculares à direção de propagação da onda (onda transversal); O campo elétrico é perpendicular ao campo magnético; O produto vetorial E x B aponta no sentido de propagação da onda; Os campos variam senoidalmente, com a mesma frequência e estão em fase. 12

13 Propriedades das O.E. Descrevendo os campos elétricos e magnéticos. Amplitudes no vácuo todas as OE se propagam com a mesma velocidade: c. 13

14 Transporte de Energia Uma onda eletromagnética transporta e fornece energia a um corpo; A taxa de transporte de energia por unidade de área por parte de uma onda eletromagnética é descrita por um vetor S, conhecido como vetor de Poynting. Direção de propagação da onda John Henry Poynting ( ) no SI: Fluxo instantâneo de energia 14

15 Transporte de Energia Na prática, a grande utilidade é o valor médio de S (energia média transportada ao longo do tempo), também conhecido como intensidade I da onda. para: logo, I = 1 E 2 m sen 2 (kx ωt) = 1 2 E rms cµ 0 cµ 0 15 E rms = E m 2

16 Variação da Intensidade com a distância Sendo uma fonte de luz pontual, emitindo luz isotropicamente Sendo conservada a energia das ondas emitidas Toda a energia da fonte na figura deve passar pela esfera Sendo assim, a taxa de energia que passa pela esfera há de ser igual à taxa de energia emitida (potência, P f ) pela fonte Ou seja, A radiação eletromagnética de uma fonte isotrópica pontual decresce com o quadrado da distância à fonte. 16

17 Aplicações de ondas eletromagnéticas Radio Televisão Telefones celulares (ondas de rádio) Radar (ondas de rádio) Forno de microondas (microondas) Controle remoto (ondas infravermelhas) Câmeras de visão noturna (ondas infravermelhas) 17

18 Resumo da aula Propriedades das ondas eletromagnéticas; Próxima aula: Polarização, Pressão de radiação; ótica física; Dever de casa: Trazer exemplos de aplicações de ondas eletromagnéticas (explicando o princípio básico de funcionamento). 18

19 Fim 19