Aula 02 – a luz como onda

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Aula 02 – A luz como onda

Ao final desta aula você será capaz de:

* Diferenciar ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas.
* Reconhecer a luz como onda eletromagnética.
* Reconhecer o espectro eletromagnético em função de frequências e comprimentos de onda.
* Identificar as cores relacionando-as com as frequências das ondas luminosas.

O que é luz?

O cientista inglêsJames Clerk Maxwell descobriu que a luz é uma onda eletromagnética, formada por campos elétricos e magnéticos variáveis. São duas ondas perpendiculares que caminham sempre juntas. Só que uma vai em pé e outra deitada, como mostra a figura ao lado:

Todas as ondas eletromagnéticas são transversais e propagam-se no vácuo com a mesma velocidade, chamada de velocidade da luz, que é a maior velocidadeque existe na Natureza.

O espectro eletromagnético

A classificação das ondas eletromagnéticas, quando baseada na frequência de vibração das ondas, constitui o espectro eletromagnético.

Tudo aquilo que você vê corresponde a menos de 1% do que existe no Universo. Nossos olhos são sensíveis à luz visível, que corresponde ao pequeno retângulo preto na figura ao lado. As frequências sãodiferentes, mas todas possuem a mesma velocidade (a velocidade da luz). Existe radiação eletromagnética por toda a parte, preenchendo todo o Universo.

Luz Visível – As cores

A luz visível é o único tipo de onda eletromagnética capaz de sensibilizar os órgãos humanos da visão. Seu comprimento de onda situa-se entre 400 e 700 nanômetros 400∙10-9m a 700∙10-9m e a frequência é da ordem de 1014Hz.

FoiIsaac Newton, no século XVII, quem primeiro descreveu a faixa de cores que surge quando uma a luz branca do Sol atravessa um prisma de vidro. Newton colocou o prisma numa pequena fresta da janela e obteve o seguinte (aproveite para pintar a figura):

No ar ou no vácuo todas as cores têm a mesma velocidade, que é a velocidade da luz. Mas dentro do vidro a coisa é diferente, a luz vermelha é maisrápida que a luz violeta. Essa diferença de velocidade faz com que as cores se separem, dando origem à dispersão da luz.

A principal diferença entre as cores é a frequência de vibração da onda. A luz vermelha tem a menor frequência e a luz violeta tem a maior.

Do ponto de vista ondulatório, as cores poderiam ser representadas assim, cada uma com sua frequência:

Exercícios

1. Qual dosconjuntos de cores está em ordem crescente de frequência?

a) verde, azul, vermelho.
b) amarelo, laranja, vermelho.
c) azul, violeta, vermelho.
d) verde, azul, violeta.
e) violeta, azul, verde.

2. Isaac Newton demonstrou, mesmo sem considerar o modelo ondulatório, que a luz do Sol, que vemos branca, é o resultado da composição adequada das diferentes cores. Considerando hoje o caráterondulatório da luz, podemos assegurar que as ondas da luz correspondentes às diferentes cores terão sempre, no vácuo:

a) o mesmo comprimento de onda.
b) a mesma frequência.
c) o mesmo período.
d) a mesma amplitude.
e) a mesma velocidade.

3. O mar e o céu apresentam-se azuis na maior parte do tempo, pois o ar atmosférico difunde fundamentalmente a componente azul da luz solar. Considere ocomprimento de onda da cor azul variando de 4,4×10-7m a 4,9×10-7m e que a luz se propague no ar com a velocidade de 3,0×108 m/s. Em que faixa, medida em hertz, varia a frequência da cor azul?

Ondas de rádio e de TV

As ondas de rádio e TV são ondas eletromagnéticas produzidas pela vibração de cargas elétricas em antenas e utilizadas em telecomunicações.

As ondas AM e FM diferem por umprocesso chamado modulação, que consiste em produzir modificações na amplitude ou na frequência de onda.

As ondas na faixa de frequência AM de rádio são refletidas pela ionosfera e têm um grande alcance sobre a superfície terrestre. Nota-se que à noite, muitas vezes, conseguimos captar melhor as estações muito distantes (às vezes, de outros países). Este fato pode ser explicado através da mudança...
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