Espectro Electromagnético

Cor dos objetos

Quando iluminado com luz branca: 
O objecto é preto se absorver, na totalidade, todas as cores que nele incidem.
O objecto é branco se não absorver nenhuma cor.
A luz é reflectida na totalidade.
Um objecto vermelho, quando iluminado com luz branca, reflecte a luz vermelha e absorve as outras cores.
E se a cor do objecto não for uma cor primária?
Um objecto é amarelo, quando iluminado por luz branca, porque reflecte a cor vermelha e a cor verde, absorvendo a cor azul.

Quando a luz não é branca:
Quando iluminada com uma luz verde, a flor vermelha fica preta e as folhas apresentam-se verdes.
Quando iluminada com uma luz azul, a flor e as folhas surgem pretas.
Quando iluminada por uma mistura de luz vermelha e verde, a flor e as folhas terão as respectivas cores.

Cores primarias e secundarias da luz

Cores primárias:
vermelho, verde e azul

Cores secundárias:

magenta, amarelo e ciano

A cor e a luz

A cor é um fenômeno óptico que se verifica quando sobre um mesmo objecto incide luz e varia com o tipo de radiação que sobre ele incide.

Um corpo absorve, reflete ou transmite determinadas radiações, de entre aquelas que recebe. Assim, a cor que um corpo apresenta depende do tipo de radiação que sobre ele incide e da sua natureza.

Espectro da luz branca

A maioria das fontes luminosas emitem um feixe de luz branca. Este ao passar do ar para o interior de um meio transparente, como, por exemplo, um prisma, um diamante ou uma gota de água, refracta-se. Cada uma das radiações propaga-se a velocidades diferentes no interior do material, e consequentemente, cada radiação (cor) refracta-se com uma banda contínua com 7 cores (vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta). Este fenómeno designa-se por dispersão da luz branca.

O conjunto destas cores forma o espectro de luz branca, que pode ser também denominado espectro da luz visível.

Quando se faz rodar rapidamente o pião pintado com as 7 cores do arco-íris, este parece ser cor branca apenas durante a rotação. A este fenómeno chama-se recomposição da luz.

Correção dos defeitos de visao

A correção dos defeitos de visão pode ser feita com lentes.

A miopia é corrigida com lentes divergentes. Os raios de luz divergem depois de passar a lente, e assim, a convergência feita pelo olho permite obter a imagem exatamente sobre a retina

A hipermetropia é corrigida com lentes convergentes. A convergência dos raios de luz inicia-se assim que os raios de luz encontram a lente, e assim, a focagem é conseguida sobre a retina.

O astigmatismo é corrigido com lentes cilíndricas e a presbiopia com lentes convergentes. Na presbiopia também podem ser usadas lentes bifocais ou progressivas. 

Defeitos de visão

A maioria dos problemas de visão deve-se a anomalias de focagem da luz na retina, sendo consideradas anomalias refractivas. Os prolblemas  de visao mais comuns são:

• miopia
• hipermetropia
• astigmatismo
• presbiopia

Miopia

A imagem dos objetos distantes é focada á frente da retina e não sobre ela. A miopia é consequência de um globo ocular demasiado longo ou de um cristalino demasiado convergente. (vê mal ao longe)

Hipermetropia

A focagem da imagem dos objetos é feita atras da retina, devido a uma deficiência no globo ocular ou devido a um cristalino pouco convergente. (vê mal ao perto).

Astigmatismo

Está associado a curvatura irregular da córnea  A forma da cornea é mais ovalada do que esférica  Este desajuste faz com que a luz se refrate em vários pontos da retina, em vez de se focar em apenas num, originando uma focagem deficiente.

Presbiopia

"Vista cansada", surge quando o cristalino perde a capacidade de focar os objetos devido á rigidez dos muculos. Tem tendencia a afastar de si os objetos.

Formação das imagens

Existe alguma semelhança entre o modo como se formam as imagens no olho e numa máquina fotográfica, embora o mecanismo da visão seja muito complexa e sofisticado.

A quantidade de luz que pode atravessar a córnea é controlada pela pupila. Esta abre-se quando a menos luz e fecha-se quando a mais luz.

A luz que atravessa a córnea é focada pelo cristalino, que funciona como lente. Esta focagem permite projetar as imagens dos objetos numa certa zona de retina. A imagem que se obtém é invertida e menor que o objecto.

Constituição do olho

Om olho encontra-se alojado numa cavidade óssea - órbita. Possui uma forma aproximadamente esférica, cujo interior se encontra cheio de dois fluidos: humor aquoso e humor vítreo.

O globo ocular está revestido por duas membranas protetoras: a esclerótica de aspecto branco, opaco e duro, que esta localizado na parte interna do olho, e a córnea, de aspecto transparente, que se encontra situada na parede externa do olho.

A iris é uma membrana que se situa na parte mais externa do olho, e a sua cor varia de pessoa para pessoa. É constituída por um anel de músculos que controlam a abertura da pupila.

A pupila é uma abertura circular que se localiza atras da córnea e que se apresenta negra. Logo atras da pupila encontra-se o cristalino, que permite focar os objetos.

A retina é uma membrana que se localiza na parte interna do globo ocular. É na retina que se situam as células sensíveis a luz, que atuam como película onde se formam as imagens. Esta membrana encontra-se ligada ao nervo óptico  que, por sua vez, comunica com o cérebro. 

Lentes

As lentes são corpos transparentes , geralmente de vidro ou de plastico tratado, limitados por uma ou duas superfícies curvas. Sendo um meio óptico diferente do ar, ao passar do ar para a lente, a luz sofre refração, e volta a sofrer refração quando passa da lente para o ar.

Reflexão total

Quando a luz passa de um meio no qual a velocidade é menor para um meio cuja velocidade é maior, o raio refractado afasta-se da normal. Como consequência  ha um angulo de incidência - angulo limite ou angulo critico - para o qual o angulo de refração é 90. Assim, se o angulo de incidência for superior ao angulo limite, deixa de haver refração e toda a luz que incide na superfície de separação dos meios é reflectida. Ocorre o fenômeno de reflexão total.
O valor do angulo critico depende dos meios ópticos em causa.

Refração da luz

A refração da luz é um fenômeno que ocorre quando a luz passa de um meio óptico para outro, onde a velocidade de propagação é diferente. Em geral, quando a luz é refratada sofre mudança de direção.

Espelhos esféricos

Os espelhos esféricos podem ser côncavos ou convexos. Nos espelhos côncavos, a superfície polida é a parte interior de uma superfície esférica. Nos espelhos convexos, a superfície polida é a parte exterior de uma superfície esférica. 

Nos espelhos côncavos  os raios incidentes paralelos ao eixo principal quando são refletidos convergem para um ponto, que se designa foco principal do espelho.
Este é um foco real, porque pode ser projetado num alvo. Forma-se na intersecção dos raios reflectidos, á frente do espelho.

Nos espelhos convexos, os raios incidentes paralelos ao eixo principal quando são refletidos divergem. Os prolongamentos dos raios refletidos encontram-se num ponto, o foco principal do espelho.
Este é um foco virtual, porque não pode ser projetado  Forma-se no prolongamento dos raios refletidos, para trás do espelho.

Formação de imagens num espelho plano

Os espelhos são superfícies polidas que refletem regularmente a luz e, por isso, permitem obter imagens nítidas de objetos. Existem espelhos com superfícies planas e curvas (esféricas, cilíndricas, parabólicas)

As imagens obtidas em espelhos planos teem as seguintes caracteristicas:

• sao direitas e do mesmo tamanho que o objecto
• estao a mesma distancia do espelho que o objecto
• são virtuais, pois não se conseguem projetar num alvo
• são lateralmente invertidas (simétricas), isto é, a parte esquerda da imagem corresponde á parte direita do objecto.

Para construir a imagem de um objecto num espelho plano:

• traçam-se dois raios, com ângulos de incidência diferentes, a partir de um ponto do topo do objeto em direção ao espelho(raios incidentes)
• traçam-se as normais nos pontos de incidência 
• traçam-se os respectivos raios refletidos
• prolongam-se os respectivos raios reflectidos para tras do espelho

Reflexão da luz

A reflexão da luz é a mudança de direção ou de sentido que ocorre quando os raios luminosos incidem em certas superfícies  continuando a luz a propagar-se no mesmo meio (meio óptico). Nas superfícies polidas, como as águas calmas de um lago, ocorre a reflexão regular da luz, que se pode designar simplesmente como reflexão da luz. Nas superfícies rugosas, como as águas agitadas de um lago (depois da queda de uma pedra), ocorre a reflexão difusa da luz ou, simplesmente, difusão da luz.

Leis da reflexão da luz

• o raio incidente, o raio refletido e a normal estão no mesmo plano
• os ângulos de incidência e de reflexão são iguais (têm a mesma amplitude)

Triangulo de visão

Um corpo não-luminoso pode ser visto por um observador se, sobre aquele, incidir luz proveniente de uma fonte luminosa. Parte da luz que sobre ele incide é novamente emitida em várias direções, podendo chegar até ao observador, cujos olhos são detectores de luz.
Assim, ver um objecto implica a existência de três aspetos fundamentais, que constituem o triangulo de visão  o objecto, uma fonte luminosa que ilumine o objecto e um detector de luz.

Corpos luminosos e iluminados

Para que possa existir luz, tem de haver uma fonte que a produza e a emita. Na terra, o sol é a principal fonte de luz. O sol e as outras estrelas são fontes naturais de luz. Já uma lampada ou uma vela acessa são fontes artificiais de luz. 
Todos os corpos que produzem ou têm luz própria (sol, outras estrelas, lampadas e velas acessas) são denominados corpos luminosos. Outros objectos que não possuam luz própria chamam-se corpos iluminados ou não-luminosos. Estes refletem ou transmitem a luz que recebem de um corpo luminoso

Propagação da luz

A luz propaga-se em linha reta e radialmente em todas as direções num meio isotrópico.
Cada uma das direções rectilineas segundo a qual se propaga a luz chama-se raio luminoso. Contudo, o estudo isolado de um raio luminoso é uma abstração utilizada para facilitar o estudo da óptica. As fontes luminosas emitem feixes de raios luminosos

Classificação dos feixes luminosos quanto ao modo de propagação:

• Convergentes - o feixe de luz converge (concentra-se) num ponto.
• Divergentes - o feixe de luz diverge a partir de um ponto da fonte.
• Paralelos - o feixe de luz propaga-se sempre com os raios paralelos entre si.

Ao propagar-se, a luz pode atravessar materiais transparentes e translúcidos, mas não atravessa os materiais opacos.

• Material transparente - a luz atravessa o material e vê-se nitidamente através da vitrina.
• Material translucido - a luz atravessa parcialmente o material e vê-se com pouca nitidez através da porta
• Material opaco - a luz não atravessa o material e não se vê através da parede.

Devido á propagação rectilínea da luz, sempre que um feixe de luz é interceptado por um material opaco, surge uma zona de sombra e uma zona de penumbra. A sombra é totalmente escura porque não recebe luz nenhuma; da zona de sombra não se vê a fonte luminosa. A penumbra não é totalmente escura, apresenta uma claridade variável  da zona de penumbra vê-se uma parte da fonte luminosa.

Sinais luminosos

Um sinal é toda e qualquer maneira de representar algo, sendo uma forma de comunicar informação. Os sinais podem ser letras, desenhos, sons ou luzes, tratando-se neste caso de sinais luminosos.

Espectro sonoro

Nem todas as vibrações que atingem os nossos ouvidos são por estes percepcionadas. O conjunto de todas as frequências possíveis para as ondas sonoras é denominado espectro sonoro. De acordo com a frequência da onda sonora, classificam-se os sons em infra-sons (f menor 20 Hz), som audível (20 Hz menor f menor 20000 Hz) e ultra-sons (f maior 20000 Hz).

Ressonância

A vibração de uma fonte sonora pode ser transmitida a outro corpo cuja  frequência natural de vibração seja       igual ou múltipla da frequência de vibração da fonte sonora. O resultado é uma maior amplitude de vibração desse corpo que irá produzir um som de maior intensidade. A este fenômeno chama-se ressonância do som. A ressonância origina um aumento de intensidade do som.

http://www.youtube.com/watch?v=qy1c5_vYTVo

Curiosidade:
Conta a lenda que um regime de Napoleão entrou a marchar numa ponte. Por coincidência  a frequência do compasso da marcha era a mesma ou múltipla da frequência natural de vibração da ponte. Ocorreu o fenômeno da ressonância: a ponte começou a oscilar com grande amplitude e desabou. A partir desse desastre, os soldados quebram o passo sempre que atravessam uma ponte.

http://www.youtube.com/watch?v=0Iwwdi17FTM

Refração do som

A refração é um fenómeno que ocorre quando a velocidade de propagação da onda sofre alterações. O que pode acontecer quando há mudança de meio ou no mesmo meio quando este não seja homogéneo. Na refração, há normalmente mudança de direção de propagação.

Reflexão do som - eco e reverberação

O eco consiste em ouvir a repetição de um som que foi produzido instantes antes.
O eco resulta da reflexão do som quando este encontra superfícies duras e lisas. A reflexão é um fenômeno ondulatório que ocorre quando a onda é obrigada a mudar de direção, ao encontrar um obstaculo.

Para distinguir claramente o som refletido do som original, é necessário que exista entre eles um intervalo minimo de 0,1 s.

No ar o som propaga-se com uma velocidade de 340m/s. Como:

d= v x t

a distancia que o som percorre é

d= 340 x 0,1 = 34m

Desta forma, para que seja possível ouvir distintamente o eco do som original, é necessário que seja percorrida 34 m, pelo que a superfície refletora tem de estar a uma distancia minima de 17 m da fonte emissora

Quando a distancia entre a fonte sonora e a superfície refletora é inferior a 17 m, ocorre a reverberação do som. Neste caso não se consegue distinguir o som original do som refletido, pelo que há apenas a sensação de um prolongamento do som original e os sons parecem durar mais tempo no nosso ouvido, do que seria normal  

Velocidade de propagação do som

O valor da velocidade de propagação do som(v) em qualquer meio pode ser obtido pelo quociente entre a distancia (d) e o intervalo de tempo que o som demora a percorrer essa distancia:

Propagação do som

O som é uma onda mecânica  pelo que necessita de um meio material para se propagar. A velocidade de propagação difere consoante o meio de propagação do som.

De uma forma geral, a propagação das ondas sonoras é mais rápida nos sólidos do que nos líquidos, sendo mais rápida nestes do que nos gases.

No entanto, a velocidade de propagação do som não depende apenas do estado fisico do meio, mas tambem de outros factores como por exemplo a densidade ou a elastecidade do material.

Quanto mais elevada é a temperatura, menor é a densidade do ar e maior é a velocidade de propagação do som.

Quais são as propriedades do som?

No dia-a-dia ouvem-se vários sons muito diferentes uns dos outros. O som de uma explosão, da descolagem de um avião ou da buzina de um automóvel são incomodativos  podendo mesmo provocar lesões no ouvido. Ouvir musica ou o trinado de um passarinho pode ser agradável e ate relaxante.
Os sons tem diversas características que permitem distingui-los, tais como:

• Altura do som
• Intensidade do som
• Timbre

Altura do som

A altura do som é a propriedade do som que permite classificar os sons em agudos (altos ou finos) e graves (baixos o grossos).

A altura de um som depende da frequência da onda sonora.

(De uma forma geral, o som produzido pela voz de uma mulher é mais agudo do que o som produzido pela voz do homem).

Intensidade do som

A intensidade do som é a propriedade que permite classificar os sons em fortes e fracos. Está relacionada com a amplitude da onda sonora.

Timbre

O timbre é a propriedade do som que permite distinguir sons com a mesma intensidade e altura, mas provenientes de fontes sonoras diferentes.

Quais as principais características de uma onda periódica?

O que são ondas?

Uma onda é a propagação de uma perturbação. A perturbação inicia-se num ponto e propaga-se, transferindo energia de um meio para o outro.

Na propagação de uma onda, só há transferência de energia, não há transporte de matéria. 

Ondas mecânicas e ondas electromagnéticas

Todas as ondas se propagam transferindo energia de um ponto para o outro.

As ondas mecânicas, para se propagar, necessitam , de um meio material.

As ondas sonoras resultam da vibração das partículas do meio onde se propagam. Assim, as ondas sonoras, tal como as sísmicas ou as ondas da água do lago, são ondas mecânicas.

As ondas electromagnéticas não necessitam de um meio material para se propagar, propagam-se no vazio. As ondas luminosas são ondas electromagnéticas  (Só assim se consegue explicar o facto de conseguirmos ver a luz das estrelas...).

Ondas longitudinais e transversais

As ondas longitudinais são aquelas em que a direção da propagação coincide com a direção de vibração.

Nas ondas transversais, a direção de propagação e a de vibração são perpendiculares.

  

O som propaga-se através de ondas longitudinais e a luz por ondas transversais.

Onda sonora
O som é produzido pela vibração de uma fonte sonora. Essa vibração transmite-se através de um meio material ate aos ouvidos, onde é percepcionada. A transmissão das vibrações ao meio circundante provoca a aproximação das partículas em determinadas zonas e o seu afastamento noutras. As zonas de compressão (aproximação das partículas  correspondem a cristas e as de rarefacção (afastamento das partículas) a vales.

Características das ondas periódicas
Numa onda periódica  todas as partículas do meio vibram de igual forma. Mas no mesmo instante pode haver uma partícula que se encontra na posição de equilíbrio  outra que se encontra abaixo da posição de equilíbrio e uma outra que esta acima da posição de equilíbrio. Se duas partículas se encontram na mesma posição de equilíbrio  diz-se que estão na mesma fase de vibração.  Assim uma onda periódica pode ser caracterizada por diferentes grandezas.

Amplitude (A) – afastamento máximo da posição de equilíbrio, expresso em metros

Comprimento de onda (λ)lê-se lambda – é a distância entre dois pontos consecutivos que vibram em fase (com o mesmo afastamento da posição de equilíbrio, expresso em metros

Período (T) – intervalo de tempo que decorre entre a repetição das características da onda, expresso em segundos.

Frequência (f) - é o número de cristas consecutivas que passam por um mesmo ponto, em cada unidade de tempo. 

f= 1/T

Como se produzem os sons? O que ouve o ouvido humano ?

SONS

Os sons podem ser produzidos por diversas fontes sonoras, das cordas vocais dos seres humanos ao movimento rápido e ritmado das asas de um grilo, passando pelos instrumentos musicais

O OUVIDO HUMANO

O ouvido humano é constituído por ouvido externo, ouvido médio e ouvido interno

A propagação das ondas no liquido do ouvido interno origina impulsos eléctricos que são transmitidos ao cérebro pelo nervo auditivo. No cérebro  estes impulsos são descodificados e traduzidos em sons.