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30-01-2016
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Sumário
UNIDADE TEMÁTICA 2 – Comunicações.
2- Comunicação de informação a longas distâncias.
2.2- Propriedades das ondas.
- Reflexão e refração de ondas.
- Leis da reflexão e da refração.
- Índice de refração de um meio.
- Reflexão total da luz.
Propriedades das ondas. Exercícios de aplicação do livro adotado, pág. 204.
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Comunicações Fenómenos ondulatórios
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Quando uma onda incide numa superfície de separação entre dois
meios óticos diferentes pode ocorrer reflexão, absorção ou
refração (transmissão) dessa onda.
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Comunicações Fenómenos ondulatórios
11/01/2016
A energia de uma onda ao incidir
na superfície de separação de dois
meios, poderá sofrer:
• Reflexão
• Refracção ou Transmissão
• Absorção
1- REFLEXÃO
2- REFRACÇÃO
3- ABSORÇÃO
4- REFLEXÃO TOTAL
5- DIFRACÇÃO.
A repartição da energia reflectida,
transmitida e absorvida depende:
- da frequência da onda incidente;
- da inclinação do feixe incidente;
- das propriedades dos materiais
(meios materiais onde se propaga a
onda).
Comunicações Reflexão
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Quando uma onda incide numa superfície refletora que separa dois
meios, as frentes de onda mudam de direção.
Exemplos de superfícies refletoras.
Espelho
Água
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Comunicações Reflexão especular e reflexão difusa
11/01/2016
Um feixe incidente de raios
paralelos origina um feixe
refletido de raios em diferentes
direções.
Um feixe incidente de raios
paralelos origina um feixe
refletido de raios paralelos.
Quando a reflexão especular predomina sobre a reflexão difusa, a
onda refletida (luz ou som) tem maior intensidade pois o espalhamento
das ondas é menor.
Comunicações Reflexão do som
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ECO - fenómeno que consiste em enviar uma onda de som contra um
obstáculo, onde o som é refletido e regressando para o sítio de onde ele
foi emitido.
Para um ser humano distinguir dois
sons diferentes, tem de haver um
intervalo de tempo de pelo menos
0,1 s entre os dois sons.
Assim, para haver ECO e uma
pessoa distinguir entre o som
enviado e o som recebido pela
reflexão, tem de ter passado pelo
menos 0,1 s entre a emissão do som
e a receção do mesmo som refletido:
Como a velocidade do som no ar é de 340 m/s, então o som tem de viajar:
340 m ----------------- 1 s
d = ? ------------------ 0,1 s
d = 340 X 0,1
d = 34 m
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Comunicações Reflexão do som
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REVERBERAÇÃO - quando ocorre reflexão do som, mas as distâncias
são inferiores às necessárias para que ocorra ECO.
As reflexões sucessivas do som levam a um prolongamento do som.
Para evitar a reverberação pode cobrir-se a sala com materiais que não
permitam a reflexão dos sons, como tecidos, cortiça ou esferovite.
Comunicações Leis de reflexão
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Os fenómenos de reflexão e refração da luz podem ser estudados ignorando que a
luz é uma onda. O modelo do raio luminoso serve de base à ótica geométrica.
Determinar o percurso do raio luminoso consiste em resolver um problema de
geometria (e é por isso que a ótica se diz geométrica).
As ideias básicas da ótica geométrica são:
• Propagação retilínea da luz no vazio ou em meios homogéneos.
• Independência dos raios luminosos. (Um raio luminoso pode ser estudado
independentemente dos outros raios, mesmo que se cruzem uns com os outros).
Leis da Reflexão
1 – O raio incidente numa superfície
polida, a normal à superfície no
ponto de incidência (n) e o raio
refletido estão no mesmo plano;
2 – O ângulo de incidência i, e o
ângulo de reflexão r, são iguais.
Leis de Snell-Descartes
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Comunicações Leis de reflexão
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Comunicações Refração
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É A ALTERAÇÃO NA DIREÇÃO DE UMA ONDA AO PASSAR DE
UM MEIO PARA OUTRO, DEVIDO À MUDANÇA DA SUA
VELOCIDADE DE PROPAGAÇÃO.
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Comunicações Leis da Refração
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Leis da Refração
1 – O raio incidente (i) numa
superfície de separação de dois
meios óticos, a normal à
superfície no ponto de incidência
(n) e o raio refratado (rr) estão no
mesmo plano;
2 – O ângulo de incidência, i, e o
ângulo de refração, r’,
relacionam-se pela expressão:
onde n1 e n2 são os índices de
refração dos meios 1 e 2.
1
2
n
n
'r sin
i sin
Qual dos meios é mais denso?
O raio refratado aproxima-se da
normal ao passar de um meio menos
denso para um meio mais denso, ou
seja, de um meio menos refringente
para um mais refringente.
Leis de Snell-Descartes
Comunicações Leis da Refração
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Comunicações Refração da luz
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Comunicações Refração da luz
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Comunicações Refração da luz
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Comunicações Índice de Refração
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Quando uma onda muda de meio, a sua velocidade de propagação altera-se.
Podemos saber quanto se altera e que valor passa a ter essa velocidade
usando o índice de refração.
Por convenção, o índice de refração é sempre definido em relação a um
outro meio ótico mais transparente, o vazio (n = 1). Este facto leva a que os
valores de n sejam sempre superiores a 1.
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Comunicações Índice de Refração
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TABELA DE ÍNDICES DE REFRAÇÃO NO VIDRO PARA A LUZ VISÍVEL
Comunicações Índice de Refração
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Quanto maior for o índice de refração de um meio relativamente a outro, menor será o comprimento de onda e a velocidade de propagação nesse meio.
Quando um meio tem um índice de refração maior do que outro, diz-se que esse meio é opticamente mais denso ou que é mais refringente. Por exemplo: a água é mais refringente do que o ar.
Quando se muda de meio a
frequência não se altera:
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Comunicações Índice de Refração
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1. Quando a luz passa de um meio menos refringente para outro mais refringente,
o raio refratado aproxima-se da normal.
2. Quando a luz passa de um meio mais refringente para outro menos refringente,
o raio refratado afasta-se da normal.
(1) (2)
Comunicações Índice de Refração - Exemplos
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Comunicações Dispersão da luz num prisma (Newton)
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Representação da experiência de Newton para obter o espectro da luz solar.
Das radiações visíveis qual a que apresenta maior índice de refração?
E a que apresenta maior velocidade?
R. A luz violeta é a cor que apresenta maior índice de refração.
Como o índice de refração é inversamente proporcional à velocidade, temos o vermelho
como a cor de maior velocidade.
Comunicações Reflexão Total
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Quando o raio luminoso transita de um meio mais refringente (meio opticamente mais denso, o vidro, neste caso) para um menos refringente (menos denso, o ar, neste caso) e o ângulo de incidência é superior ao ângulo limite, acontece a reflexão total.
O ângulo crítico ou ângulo limite, αlim, ou c, é o
ângulo de incidência que dá origem a um ângulo de
refração de /2, o que acontece quando n2 > n 1
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Comunicações Reflexão Total
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1
2c
n
n sin
2,1
cn
1 sin ou
O índice de refração de um meio pode ser determinado
experimentalmente, medindo o ângulo crítico:
Comunicações Reflexão Total
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Considere-se um raio luminoso que passa de um meio opticamente mais
denso para um meio opticamente menos denso, como o ar.
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Comunicações Reflexão Total da luz
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Podemos concluir:
A reflexão total da luz,
• ocorre quando deixa de existir refração da luz.
• ocorre para ângulos de incidência superiores ao ângulo limite, cujo valor
é dado por sin αlim= n2/n1 quando a luz passa do meio 1 para o meio 2.
• só ocorre se a luz vier de um meio com maior índice de refração [mais
refringente], por exemplo, da água [ou vidro] para o ar, ou seja, se n1 > n2.
Comunicações
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Comunicações Fibras óticas
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O fenómeno de reflexão
total da luz, quando esta
incide sobre uma superfície
com um ângulo acima do
ângulo crítico, está na base
do funcionamento das fibras
óticas, uma poderosa
tecnologia de comunicação,
criada em meados do século
XX.
Comunicações Fibras óticas
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Comunicações Difração
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A difração é um fenómeno ondulatório que se verifica quando uma onda contorna obstáculos ou orifícios se as dimensões destes forem da ordem de grandeza do comprimento de onda da onda.
O som difrata-se facilmente porque, o som possui l suficientemente grandes para
sofrerem uma curvatura provocada pelos obstáculos; já a luz, por possuir pequeníssimos
comprimentos de onda, passa através dos orifícios sem grande dificuldade, difratando-se
muito pouco. Diz-se que a luz se propaga em linha reta.
EM QUE CONSISTE A DIFRAÇÃO?
Comunicações Difração
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Comunicações Difração
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Comunicações Bandas de radiofrequência
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A rádio, a televisão, os telemóveis, os controlos remotos, os
telefones sem fios, o GPS, etc. usam gamas distintas de
frequência da onda portadora (diferentes larguras de banda),
consoante as suas propriedades e o fim a que se destinam.
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Comunicações Bandas de radiofrequência
11/01/2016
A radiação eletromagnética de frequência superior a 1018 Hz tem poder ionizante o que
significa que, ao penetrar na matéria, pode ionizar átomos e moléculas. Com as radiações
eletromagnéticas de frequências inferiores isso não acontece.
As comunicações utilizam frequências desde o quilohertz (~103 Hz) até às centenas de
giga hertz (~1011 Hz), ou seja, radiações que não ionizam a matéria. É por isso que
podemos «conviver» com a radiação emitida pelas antenas de televisão, de telemóveis,
etc. sem grandes riscos para a nossa saúde. ???
Comunicações Bandas de radiofrequência
11/01/2016
Porque razão certos aparelhos usam
umas frequências e não outras?
As emissoras de rádio utilizam
frequências baixas porque as ondas de
baixa frequência têm maior
comprimento de onda e, portanto, são as
que melhor difratam, contornando
facilmente obstáculos e chegando às
antenas recetoras mesmo que estas não
estejam em linha de vista.
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Comunicações Bandas de radiofrequência
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Por outro lado, as ondas de rádio são pouco absorvidas no ar e podem ser refletidas na ionosfera, sendo então reenviadas para Terra.
Ao sofrerem múltiplas reflexões na superfície terrestre, propagam-se a grandes distâncias.
Comunicações Bandas de radiofrequência
11/01/2016
Os comandos remotos de TV e ar
condicionado, por exemplo, usam luz
infravermelha (104 – 105 GHz) cujo
comprimento de onda é muito pequeno
para difratar nos objetos com que
lidamos diariamente.
Os infravermelhos refletem-se facilmente,
o que torna possível ligar a televisão ou
gravador apontando o comando para o
teto ou parede.
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Comunicações Bandas de radiofrequência
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As ondas entre 3 GHz e 300 GHz (micro-ondas) são usadas nas comunicações
e propagam-se quase em linha reta, pelo que as antenas transmissora e
recetora têm de estar colocadas à vista uma da outra. É o caso na
comunicação por satélite, pois utilizam-se frequências da ordem dos giga
hertz, que são pouco absorvidas ou refletidas na atmosfera.
Comunicações Bandas de radiofrequência
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Comunicações Bandas de radiofrequência
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Comunicações Bandas de radiofrequência
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Comunicações Bandas de radiofrequência
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Comunicações Exercícios
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Exercício 1:
Exercício 2:
Exercício 3:
1- a) r‘ = 41,5° 1 b) r‘’ = 39,1° 2- r‘ = 32,1° 3- n = 1,33
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1. Fazer exercícios do livro, página 204 e seguintes.
TPC
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