1 Ondas, energia, informao...e msica! .............9

2 Propagao do som............................................16

3 O som uma onda, uma vibrao que se propaga ...............................................22

4 Propriedades do som .........................................28

5 Engenharia do som: alguns exemplos ................34

6 O que a luz? Como se propaga? ......................38

7 Propriedades da luz e o espectro electromagntico.................................42

8 Reflexo da luz e espelhos.................................48

9 Refraco da luz e lentes ...................................56

10 A viso humana, deficincias e correco ..........62

11 Decomposio da luz branca. Cores e mistura de cores ...................................66

12 Engenharia da luz: alguns exemplos ..................74

Sntese das ideias principais ..............................78

Teste 1...............................................................80

Teste 2...............................................................82

Unidade 6Som e luz

A banda entrou em palco. As luzes apagaram-se. O baixista tocou aprimeira nota, um mi, a mais grave do seu instrumento. Repetiuvrias vezes a mesma nota duma forma cadenciada, sendo ao mesmotempo acompanhado por dois holofotes que emitiam luz brancaintermitente. Pouco depois, o baterista iniciou um ritmo com bombo,pratos de choque e tarola em contratempo. O guitarrista solou numregisto agudo, e, finalmente, a vocalista emprestou a voz melodia.

No primeiro andar de um prdio junto ao estdio onde o concertoestava a decorrer, uma senhora de idade revirava-se na cama semconseguir dormir devido ao barulho. Ps algodo nos ouvidos ealgum tempo depois j ressonava intensamente No 2. andar, oFilipe estava janela com as mos em concha tentando ouvir amsica que vinha do estdio, pois aquela era a sua banda preferida.

Algumas semanas mais tarde, o Filipe poderia assistir ao concertointeiro em DVD-Vdeo j que estava a ser gravado por uma equipade tcnicos de som e de imagem. Os fsicos descobriram, no sculoXIX, que o som e a luz so propagados por ondas. Uma onda apropagao de uma vibrao (vibrao mecnica no caso dosom e vibrao de propriedades fsicas elctricas e magnticasdo espao, no caso das ondas de luz). A vibrao pode ser maisrpida ou mais lenta. Um som mais agudo (iiiiiiii...) quando avibrao mais rpida e mais grave (uuuuuuuu....) quando avibrao mais lenta. A luz mais violeta quando a vibrao docampo electromagntico mais rpida e mais vermelha quandoessa vibrao mais lenta.

Apesar de invisveis, o Filipe sabia que as ondas sonoras eluminosas tm energia. A absoro e emisso de energia luminosaprovocava os efeitos fluorescentes no palco e as mos do Filipeestavam em concha para concentrar as ondas no ouvido e nelereceber assim mais energia.

A senhora idosa conseguiu dormir porque o algodo absorveu asondas sonoras e as persianas do quarto absorveram as ondasluminosas. As ondas sonoras no conseguiam chegar aos seusouvidos e as ondas de luz no lhe incomodavam os olhos

9

6 S O M E L U Z

1 Ondas, energia, informao...e msica!

atravs de ondas que recebemos informao dos astros mais

distantes no Universo e tambm atravs de ondas que vemos

o que nos rodeia e comunicamos uns com os outros. Uma onda

, no essencial, a variao, no espao e no tempo, de uma

propriedade fsica, provocada por um emissor (por exemplo, as

cordas vocais ou a antena de um telemvel).

O som e sua produoO som tem uma importncia inegvel para todos ns. Tenta pensar, porexemplo, na quantidade de informao que consegues obter diariamenteatravs do som. Pela voz, pela televiso, pela rdio, pela msica, etc.

O que o som? Como que ele emitido? Como se propaga de umlado para o outro? Propagar-se- com a mesma velocidade em todos osmeios? E como possvel detect-lo? Sero todos os sons audveis? Podemosver o som?

10

6 S O M E L U Z

O que provoca os sons?

Experimenta

Segura, com firmeza, a extremidade de umargua contra a extremidade de uma mesa.Dobra a outra extremidade da rgua e solta-a. Que observas?

Estica um elstico, fixo numa extremidade.Estica tambm o elstico a meio e larga-o,mantendo as extremidades fixas. Queobservas?

Sopra perto da bocade um tubo de umfrasco (ou de umtubo de ensaio) comgua pela metade.Que observas?

Em cada uma das extremidades de umtubo de carto duro, coloca um baloesticado e preso com um elstico, comomostra a figura. Faz no centro daborracha, numa das extremidades, umburaco com cerca de 5 a 8 mm dedimetro. Acende uma vela e coloca o tubocomo se mostra na figura, de modo que aface do balo com o furo fique virada paraa vela. Bate na borracha do lado oposto eao mesmo tempo olha para a vela. Queobservas?

Se possvel, coloca um diapasoa vibrar e encosta uma dassuas hastes a uma pequenabola (por exemplo, de papel deprata). Que observas?

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Que podes concluir das experinciasanteriores?

Se pensares um pouco, facilmente concluisque o som produzido pela vibrao doscorpos (quando vibram, os corpos deformam-se ligeiramente mas, depois de vibrarem,regressam mais ou menos mesma forma).

Os corpos que originam os sons so fontessonoras. A propagao do som no arcorresponde vibrao do ar (a experinciada vela e do tubo de carto bem elucidativadisso!).

1 Identifica as fontes sonoras das experincias que realizaste.

2 O que provoca o som emitido pela corda de uma guitarra? Ecomo pode ser ele interrompido?

3 Qual a origem do som emitido por umaflauta?

4 Identifica as diversas origens dos sonsprovocados por um baterista.

5 possvel obter notas musicais diferentescom a mesma corda de guitarra acstica. Deque depende o tipo de som emitido por umacorda de guitarra?

6 Um mesmo som no ouvido por duas pessoasexactamente do mesmo modo. Porque ser?

7 Uma abelha pode emitir sons.

7.1 Em que condies que ela emite sons?

7.2 Ser que pode emitir sons diferentes? Fundamenta aresposta.

O som que emitimos provocadopela vibrao das cordas vocais,dois pequenos msculos, situadasna boca, junto garganta.

cordas vocais

traqueia

garganta

Questes

Transmisso deinformao e audioQuando os ndios encostavam o ouvido ao cho(sabiam que o som se propaga melhor na terrado que no ar!) para escutarem os sons doscascos dos cavalos dos seus inimigos ou o somde uma manada de bisontes, procuravam obterinformao: nmero de bisontes ou o nmerode cavalos (e portanto de atacantes), distnciaa que eles se encontravam, etc. Os sons so,pois, portadores de informao acerca doque se passa nossa volta.

Porqu? Porque os sons no so todos iguais(felizmente...!). Um som depende da vibraoque lhe d origem. Quer dizer, um somtransporta informao acerca da natureza dafonte sonora e da vibrao que nela provocou osom. Se os cavalos dos inimigos forem devagar,o solo vibra mais lentamente e o som diferente de quando o solo vibra maisrapidamente, quando os cavalos vo a galope.

interessante notar que o crebro tem umpapel fundamental na audio: o crebroque trata toda a informao recebida pelosouvidos e procede anlise dessa informao.Por exemplo, no crebro que se combina ainformao que nos chega aos dois ouvidos eque nos permite concluir se uma fonte sonoraest nossa esquerda ou nossa direita.

O que sucede ao ouvido se ele forsistematicamente bombardeado por sonsmuito fortes ou muito altos?

claro que o ouvido se torna cada vezmenos sensvel, diminuindo a capacidade deaudio, ou seja, a capacidade de distinguirsons. Pode at originar a surdez se certasclulas sensoriais do ouvido interno ficaremdanificadas. A vibrao excessiva tambm podetornar os ossos do ouvido mdio poucoeficientes na deteco de sons.

Se os sons no atingirem o crebro, no seouvem. Se chegarem em ms condies aocrebro, ento o sinal no compreendidocorrectamente e ouve-se um som diferente dooriginal!

Protege sempre os teus ouvidos quando teaproximares de fontes de som muito ruidosas!

12

6 S O M E L U Z

O ouvido humano o nosso detector de som. Opavilho auditivo ajuda a concentrar os sons. Amembrana do tmpano vibra com as ondas sonorasque recebe, atravs do ar, no canal auditivo. Estavibrao transmitida por uma cadeia de ossos(martelo, bigorna e estribo) para o nervo auditivo eda, como sinal elctrico, via sistema nervoso, parao nosso crebro. Aqui, o sinal elctrico finalmentedecifrado, quer dizer, convertido em sensaoauditiva o crebro que l o som.

tmpano

martelo

nervoauditivo

canalauditivo

pavilhoauditivo(orelha)

Som: um veculo de informao

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1 No ouvido, para que serve:

1.1 a membrana do tmpano?

1.2 o nervo acstico auditivo?

2 O pavilho auditivo (orelha) e os cones de som dos altifalantes dasaparelhagens de som tm uma forma semelhante (forma cnica, aberta).

2.1 Que vantagem h em ter essa forma?

2.2 A funo do cone de um altifalante semelhante funo do cone dopavilho auditivo? Fundamenta a resposta.

3 Tapa muito bem os teus ouvidos com os dedos. Fala baixinho

3.1 Consegues ouvir a tua voz?

3.2 Ser que o som que escutamos da nossa prpria voz chega ao ouvidoapenas atravs do ar exterior? Fundamenta a resposta.

4 Se gravares a tua voz e, em seguida, a escutares, ela parece-te muitodiferente (experimenta, se tens dvidas). Porqu?

Questes

Esta a listagem dos rudos considerados mais incomodativospelos portugueses, de acordo com um estudo do Ministrio doAmbiente.

Segundo um estudo internacional da responsabilidade da OCDE (Organizao para a Cooperao eDesenvolvimento Econmico), cerca de 300 milhes de pessoas habitam em zonas com ambientesonoro excessivo, e mais de 130 milhes esto sujeitas a nveis de rudo inaceitveis!

Motociclos 69,5%Trfego automvel 49,2%Buzinas de automveis 12,8%TV/Rdios/Msica alta 12,5%Fbrica 10,5%Falar alto 9,7%Avies 9,6%Obras 8,8%Sirenes 6,2%Barulho da vizinhana 6,2%Comboios 4,7%Bares/Discotecas 3,5%Oficinas 3,3%Festas/Feiras 2,8%Alarmes 2,3%Outros 2,2%

Leitura

Rudos mais incomodativos

Cone de som deum altifalante.

14

6 S O M E L U Z

Como se distingue a msicados outros sons?A msica to antiga como a civilizao humana. Amsica arte mas tambm cincia. Pitgoras, um dosmaiores sbios (matemtico e filsofo) da antiga Grcia,e os seus seguidores, estudaram os sons emitidos porcordas tensas, como as das harpas e guitarras.Descobriram que a harmonia dos sons estava relacionadacom nmeros! Esta descoberta conduziu-os crena deque no Universo em que vivemos tudo nmero (hojediramos que o Universo se rege por regras ou leismatemticas).

Os sons musicais so meldicos, provocamsensaes agradveis. Pelo contrrio, os rudos sodesagradveis e podem mesmo perturbar o nossosistema nervoso. Mas difcil distinguir, sem margempara dvidas, os sons musicais dos rudos. O que rudopara uns poder ser msica para outros...

Os instrumentos musicais repartem-se,essencialmente, por trs categorias:

instrumentos de sopro (flauta, por exemplo);

instrumentos de cordas ( caso da viola);

instrumentos de percusso (tambor, porexemplo).

Um instrumento de sopro consta de um ou maistubos de ar. este ar, e no o tubo que o contm, queao vibrar emite o som. O papel do tubo e dos botes doinstrumento apenas o de definir a forma e dimensesda coluna de ar que vibra. Os tubos podero serfechados, como no clarinete, ou abertos, como na flauta.

Um instrumento de cordas possui uma ou maiscordas tensas que ao vibrarem emitem os sons. Ascaractersticas do som emitido por cada corda vibrantedependem da espessura da corda, da fora de tenso aque ela submetida ( tanto maior quanto mais esticadaestiver a corda) e do comprimento da corda que vibra. Ocomprimento da corda varia conforme o ponto em que pressionada.

Um instrumento de percusso tem sempre algoque percutido, isto , batido. Por exemplo, com osdedos, bate-se num tambor para este vibrar e emitir umsom. H instrumentos de percusso em que umamembrana que vibra ( o caso do tambor e do bombo).Noutros uma pea metlica, como nos pratos de umabateria ou no caso do xilofone.

PLIM

Clarinete esaxofone, doisinstrumentos desopro.

A viola um instrumento de cordas.

Xilofone: instrumento de percusso.

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Instrumentos musicaisQue instrumentos musicais so utilizados tradicionalmentena zona em que vives ou pelos msicos de que gostas?Como produzido e controlado o som emitido por essesinstrumentos? Faz um poster sobre o ou os instrumentosque escolheres.

Consulta uma biblioteca ou a Internet (por exemplo,http://alfarrabio.um.geira.pt/cancioneiro/etnografia).

Projectos

Actualmente, muita da msica que seouve, quer em CD quer ao vivo, obtidapor meios electrnicos. Os primeirosinstrumentos de msica electrnicosapareceram h quase 100 anos. Hoje jse constroem sintetizadores capazes deimitar praticamente todos os sonsexistentes e de criar sons que de outromodo no podem ser obtidos. Podesencontrar um sintetizador gratuito queimita mais de 100 instrumentos noendereo http://www.aldostools.com .

O grupo Stomp extremamente criativo no tipo deinstrumentos que utiliza Podes saber mais sobre este grupoem http://www.stomponline.com.

1 Qual a origem do som emitido por:

1.1 um instrumento de sopro?

1.2 um instrumento de cordas?

1.3 um instrumento de percusso?

2 A origem do som emitido por um piano est na percussodas teclas ou na vibrao de cordas? Que tipo deinstrumento o piano?

3 Num instrumento electrnico, h vibraes de correnteselctricas. Mas ser que ouvimos directamente essasvibraes?

4 Ao carregar em diferentes botes do saxofone, obtm-sediferentes sons. Porqu?

Questes

Alguns botes e a cmpanula deum saxofone.

16

6 S O M E L U Z

2 Propagao do som

Um som produzido sempre que um objecto vibra. Com que

velocidade se propaga? O mesmo som igualmente audvel em

todos os meios? Como se propaga? Ser que h sons no espao?

E na Lua?

Podes facilmente observar que os sons se propagam noscorpos slidos e nos lquidos (e, claro, nos gasescasocontrrio no serviria de nada falarmos). E sabias que, emgeral, o som se propaga mais rapidamente nos slidos do queno ar?

1 Emite um som fraco batendo com odedo num ponto de uma mesa demadeira (ou pede a um colega queemita o som).

2 Tenta ouvir o som a uma certadistncia com o ouvido muito prximoda mesa mas no encostado a ela. Senecessrio torna o som ainda maisfraco para no o ouvires.

3 Encosta agora o ouvido mesa.Continuas a no ouvir o som? Queconcluis?

Experimenta

Com dois copos de plstico e umcordel engordurado (a gordura dconsistncia ao cordel) prepara umtelefone de cordel com umcomprimento de cerca de 4 m. Deuma sala para outra ou para ocorredor fala com um colegaatravs desse telefone em vozbaixa. Ser que ele te escuta se nofalares atravs do telefone decordel? Onde que o som sepropaga melhor: atravs do ar ouatravs do cordel?

Propagao do som no ar e num slido: onde maior a velocidade do som?

17

A velocidade do somA velocidade de propagao do som depende do meio onde sepropaga: por exemplo, o som propaga-se melhor na tbua deuma mesa do que no ar!

No ar, a velocidade do som cerca de 340 metros porsegundo. Sem atenuao, demora cerca de 3 s a percorrer 1km! A velocidade do som no ar depende da temperatura do ar. medida que a temperatura do ar aumenta, aumenta tambm avelocidade do som. Noutros materiais, o som propaga-se adiferentes velocidades, que podem atingir milhares de metros porsegundo!

Quanto mais afastado se est de uma fonte sonora, em geralmais difcil ouvir o som que ela produz. Diz-se que o som seatenua, isto o som fica mais fraco ou menos intenso quantomaior for a distncia do receptor fonte sonora.

Eco: a reflexo do somQuando o som atinge um obstculo (uma parede, por ex.)volta para trs, tal como uma bola ao bater numa parede.Diz-se que o som foi reflectido na parede.

O eco um som reflectido. Mas, felizmente, noestamos sempre a ouvir ecos! Porqu? Porque paraque se possa ouvir o eco, necessrio que a distnciaque separa o obstculo da fonte sonora sejarelativamente grande (pelo menos17 metros, como vamos ver a seguir)!Caso contrrio, no se distingue o somemitido pela fonte do seu eco. Emgeral, o ouvido humano s conseguedistinguir dois sons seguidos, se ointervalo de tempo entre eles for igualou superior a 0,1 s.

Para se escutar um eco, o obstculo temque estar a uma distnciasuficientemente grande Porqu?

Os golfinhos emitem sons paracomunicarem uns com outros.Esses podem ser escutados poreles a milhares de quilmetros!

ar a 0C 331 m/s

ar a 20C 343 m/s

ar a 30C 350 m/s

gua 1 493 m/s

gua do mar 1 533 m/s

Velocidade do som em diversos meios

beto 5000 m/s

12 000 m/sdiamante 12000 m/s

ferro 5 130 m/s

borracha 1 600 m/s

madeira (carvalho) 4 100 m/s

vidro pyrex 5 640 m/s

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6 S O M E L U Z

Qual a velocidade do som?

Como proceder

1 Num local onde se oua um bom eco (dentro ou fora da escola), meam,com uma fita mtrica de desporto, a distncia desse local ao obstculo queproduz o eco.

2 Um dos experimentadores bate palmas e ouve o eco. Pode repetir quantasvezes for necessrio at se aperceber do tempo aproximado que demora aouvir o eco.

2 Em seguida, procura bater palmas sucessivas de tal modo que o faaquando ouve o eco das palmas imediatamente anteriores. Deve treinar-seeste procedimento at se ter interiorizado o ritmo adequado O outroaluno est a postos com um cronmetro para medir um intervalo detempo. Pode interiorizar o ritmo das palmas dizendo de cada vez apalavra zero.

3 Quando as palmas estiverem a ser batidas no ritmo adequado, ocronometrista comea a medir o intervalo de tempo correspondente a10 palmas, contando-as a partir do zero.

4 Regista esse intervalo de tempo.

5 Calcula quanto tempo demora o som a ir e vir uma nica vez.

6 Calcula a velocidade do som.

Faz um relatrio

1 Organiza os dados que obtiveste nesta experincia.

2 Escreve um pequeno relatrio (aproximadamente uma ou duas pginas)que contenha o seguinte: a) um ttulo adequado ao trabalho; b) oobjectivo do trabalho; c) uma introduo em que expliques as ideias emque te baseaste para fazer o trabalho; d) uma descrio (se possvel,devidamente ilustrada) do modo como procedeste: e) uma conclusoadequada; f) uma anlise crtica dos resultados obtidos e do procedimentoutilizado (tem em conta o valor tabelado para a velocidade do som no ar).

A experincia podeser repetida pordiferentes grupos dealunos em vriasparedes. Podem,posteriormente,comparar osresultados obtidos

Em alternativa aorelatriotradicional, podesorganizar um Vcom a informaoadequada, comomostra a pginaseguinte

Esta experincia temque ser feita pordois alunos

Os sons no se propagam novazio!Se colocarmos uma campainha elctrica dentro de umacampnula da qual se vai extraindo o ar por meio de umabomba pneumtica, deixamos de ouvir a campainha a partir domomento em que o ar foi quase totalmente extrado

O som necessita de um suporte material (slido, lquido ougs) para se propagar. No vazio, o som no se propaga porqueno h nada no vazio que possa vibrar para permitir apropagao do som.

Se no houver ar dentro dacampnula, no se ouve acampainha do relgio. O som nose propaga no vazio.

Experimenta

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Questo-foco:Qual a velocidade

do som no ar?

Procedimento:Como proceder para investigar

a questo-foco?

Teorias/Ideias bsicas

Princpios

Conceitos

Juzos

Transformao dos dados

Registos de dados

aspectos tericos... aspectos prticos...

Que se faz para responder questo-foco?

(Ex.: som,velocidade)

Que medidasregistaste?

Organiza esses registos numa tabelaou num grfico.

Qual a resposta questo-foco? A respostamerece alguma confiana?

20

6 S O M E L U Z

Mach1

Leitura

Ernest Mach: nome do cientista efilsofo Austraco cujos trabalhossobre balstica tiveram uma grandecontribuio para o desenvolvimentoda teoria de voo. Mach foi por isso onome escolhido para atribuir a umavelocidade muito especial... avelocidade do som. (...)

Na realidade aquilo a quechamamos ar no sempre amesma coisa, o ar uma mistura devrios gases e vapor de gua. Almda variao de densidade etemperatura, a constituio daprpria mistura altera-se bastantepara grandes variaes de altitude,no que resulta uma variao davelocidade do som. Por exemplo: a 0 metros de altitudea velocidade do som de 343 m/s, e a 16500 m dealtitude a velocidade de 297 m/s.

Independentemente do seu valor numrico, paramedir a velocidade com que um corpo se desloca numfluido, utiliza-se frequentemente como unidade(adimensional) a relao entre a sua velocidade e avelocidade das ondas mecnicas no meio. A estavelocidade d-se o nome de Mach. No caso da velocidadede voo, quando um aparelho se desloca velocidade dasondas do som, diz-se que se desloca a Mach 1.

Qual a utilidade de medir a velocidade de voo atravsde um padro que no constante? essa precisamentea vantagem! O ar tem comportamentos bastantedspares para velocidades sub e supersnicas, o queobriga a grandes diferenas na geometria dos aparelhos.Sendo assim, existe toda a vantagem em caracterizar avelocidade dum aparelho em relao velocidade comque se deslocam as ondas mecnicas que ele provoca aointerferir com o ar. ()

O primeiro veculo a bater a barreira do som foi oavio-foguete X-1, em 1947, e o projecto de investigaoque lhe deu origem tem vindo a desenvolver at hojetecnologia com o objectivo de aperfeioar a dinmica devoo. O Dryen Flight Research Center, onde o projectofunciona agora, responsvel por muitos outrosprojectos desde o carismtico X-15 at ao actual X-32.()

Um avio supersnico no momento em queultrapassa a barreira do som, isto ,ultrapassa a velocidade do som. A nuvematrs do avio resultou da condensao dovapor de gua do ar.

http://www.ajc.pt/cienciaj

Texto de Joo Alves, publicado na revistada Associo Juvenil de Cincia em 1998.Esta revista contm textos de cincia etecnologia muito interessantes, escritospor jovens, para jovens.

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1 Os astronautas na Lua comunicam entre si via rdio.Porque no podem comunicar falando directamenteuns com os outros?

2 A velocidade do som na gua 1 500 m/s. Quantotempo demora um som emitido por um golfinho aatravessar o esturio do Sado (aproximadamente 3 km)?

3 A luz propaga-se quase instantaneamente. Observas umrelmpago e 8 segundos depois ouves um trovo. A quedistncia do local em que te encontras deve estar atrovoada? (A velocidade do som no ar aproximadamente 340 m/s.)

4 S distinguimos um som reflectido (eco) se este chegarao ouvido pelo menos 0,1 s depois do som emitido.Verifica que s se ouve um eco no ar se o obstculo quereflecte o som estiver a uma distncia mnima de17 m (tem em conta que a velocidade do som no ar 340 m/s).

5 Qual a velocidade mnima (em m/s e em km/h) aque deve andar um avio para poder ser consideradosupersnico?

6 O Joo e a Joana utilizaram uma mangueira com 70 mde comprimento, meio enrolada, tapada numaextremidade com uma embocadura em forma de funil ena outra com um tubo cilndrico estreitado na ponta,para medir a velocidade do som no ar.

6.1 Explica resumidamente como podero ter procedido(tem em ateno o sugerido na experincia anteriorpara medir a velocidade do som).

6.2 Sabendo que determinaram o tempo de 2 dcimos desegundo para o trajecto do som ao longo damangueira, que valor obtiveram para a velocidadedo som?

7 Um polcia procura provas para incriminar um sabotadorde condutas de gs. Arranjou duas testemunhas: uma,que estava perto do sabotador, que afirma t-lo visto daruma pancada na conduta; outra testemunha, que estavaa 1,7 km de distncia do sabotador, junto conduta,declarou que no viu ningum bater nesta, mas garantiuter ouvido distintamente 2 pancadas. O polcia, que j setinha esquecido do que aprendera em Fsica, ficouperplexo e recorreu ao filho. Como que o filhoesclareceu o pai?

Porque no se ouve o somatravs do espao na Lua?

O som cerca de 6 vezes mais rpido doque um carro de corrida a 200 km/h.Porm, mais lento que um aviosupersnico, como o da figura. Quandoum avio supersnico vai velocidadedo som, diz-se que a sua velocidade 1Mach. Se for velocidade dupla da dosom, a sua velocidade 2 Mach. Etc.

Questes

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6 S O M E L U Z

3 O som uma onda, umavibrao que se propaga

O que uma onda?Todos sabemos que no mar a gua forma ondas, umas vezes mais altas eoutras vezes mais baixas. A sensao que temos ao observar as ondas numapraia que a gua se move do mar alto para a praia. Mas tal no verdade! Oque viaja distncia so as ondas, no a gua. A gua limita-sepraticamente a oscilar para cima e para baixo. Isso pode ser facilmenteverificado: basta colocar uma rolha de cortia numa tina com gua e provocaruma onda num extremo com a mo (agitando a mo de um lado para o outro).A rolha praticamente no sai do mesmo stio, oscilandopara cima e para baixo.

As ondas na gua, como as ondas sonoras e asondas de luz, so vibraes que se propagam. Umaonda pode propagar-se num certo meio (a gua, no casodas ondas no mar), mas no o meio que se propagaE, no caso da ondas de luz, nem sequer necessrio ummeio para as ondas se propagarem, pois elas at sepropagam no vcuo ou vazio!

O pato desce

e sobe

enquanto a onda se propaga na gua.

A propagao da onda NO a propagao de gua mas sim apropagao da oscilao na gua. A energia propaga-se com omovimento da onda, mas a gua no arrastada com as ondas!

Ser que as ondas na guaarrastam consigo a gua?

As mais diversas partculas existentes na Natureza vibram

permanentemente. Isto , repetem contnua e periodicamente

movimentos de vai-vm entre duas posies extremas. Quando

estas vibraes se propagam no espao, de umas partculas a

outras, surgem ondas. Estas so o mais importante processo de

transporte de energia e informao a distncia pois, sem envolver

transporte de matria, podem ocorrer a velocidades muito

elevadas.

23

1 Uma onda na mola pode serobtida pondo a oscilar umaextremidade da mola numadireco perpendicular direco da prpria mola. Aonda assim obtida diz-se onda transversal.

Ondas transversais e longitudinaisAs molas so um bom meio para observar ondas. H dois modos deproduzir ondas numa mola:

2 Tambm se pode produzir umaonda na mola provocando umaoscilao numa extremidade damola (apertarndo umas trs oucinco espiras da mola elargando-as). Asoscilaes produzidascaminham ao longo damola, na mesmadireco da mola.Porm, agora asoscilaes ocorrem na mesmadireco em que se propagam. Aonda assim obtida diz-se onda longitudinal.

extremidade fixa

oscilaovertical

direco e sentido de propagaoda oscilao (horizontal)

extremidade fixa

extremidade fixa

oscilaohorizontal

direco e sentido de propagaoda oscilao (horizontal)

menosar

menosar

maisar

maisar

maisar

menosar

Compresso, descompresso, compresso

As vibraes da fonte sonora (por exemplo, um diapasono ar), comprimem e descomprimem sucessiva eperiodicamente o ar em volta da fonte sonora. Formam-se

zonas de compresso (zonas com mais ar,portanto com maior presso),

e zonas de rarefaco (zonas com menos ar, ou seja

com menor presso)

que se vo ambas propagando no espao.

Em cada instante, as compresses e rarefacessucedem-se ao longo do espao. E, num dado ponto doespao, as compresses e rarefaces sucedem-se,alternadamente, ao longo do tempo.

Quer dizer: temos em cada momento e ao longo dotrajecto da onda, uma compresso, a seguir umararefaco, logo depois uma compresso, etc. E, em cadalocal, as compresses esto a passar a rarefaces e asrarefaces a passar a compresses, alternadamente. assim que se propaga o som!

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6 S O M E L U Z

Visualizao das ondas

Uma partcula (a vermelho) alcanadapela onda, num certo instante, ecomea a vibrar.

Passou um certo intervalo de tempo apartcula ainda no atingiu uma posioextrema.

Passou mais um certo intervalo de tempo apartcula atingiu uma posio extrema. Est nacrista da onda.

Passou mais um certo intervalo de tempo apartcula atingiu essa posio extrema. Estno vale da onda.

Passou mais um certo intervalo de tempo apartcula continuou a vibrao, aproximando-seda posio de equilbrio inicial.

Passou mais um certo intervalo de tempo apartcula continuou a vibrao, aproximando-se da nova posio extrema.

Passou mais um certo intervalo de tempo apartcula continuou a vibrao, aproximando-senovamente da posio de equilbrio inicial.

Passou mais um certo intervalo de tempo apartcula passou na posio de equilbrio inicial.A crista da onda j passou pela partcula

Passou mais um certo intervalo de tempo apartcula passou na posio de equilbrioinicial. A crista e o vale da onda j passarampela partcula

Uma onda longitudinal e umaonda transversal (vibraes apropagarem-se) progridem daesquerda para a direita

Ondalongitudinal

Ondatransversal

Entre estas duas posies, diz-se quedecorreu um perodo de vibrao, que igual ao perodo da onda.

25

Perodo e frequncia de uma onda

Perodo de uma onda

O perodo de uma onda o tempo que demorauma vibrao completa de qualquer daspartculas alcanadas pela onda.

O perodo representa-se pelo smbolo T e asua unidade, no SI, o segundo. Por exemplonuma onda com um perodo de T = 4 s, cadapartcula demora 4 segundos a vibrar.

Frequncia de uma onda

A frequncia de uma onda o nmero devibraes que as partculas (atingidas pelaonda) executam em cada segundo.

Por exemplo, se as partculas executarem 50vibraes por segundo, diz-se que a frequncia daonda de 50 ciclos por segundo. O ciclo porsegundoou hertz a unidade de frequnciano SI (smbolo: Hz). A frequncia representa-sepor f.

Comprimento de onda

a distncia percorrida pela onda numperodo. igual distncia de uma crista (ou deum vale) crista seguinte (ou ao vale seguinte).

O perodo de uma onda sonora otempo que decorre entre a passagem,num certo ponto, de dois mximosconsecutivos da presso do ar(compresso mxima) ou de dois mnimosconsecutivos da presso do ar (rarefacomxima).

A frequncia de uma onda sonora onmero de vezes que passa umacompresso de ar (ou uma rarefaco)em cada segundo, num certo ponto.

O comprimento de onda da ondasonora a distncia entre dois pontossucessivos em que a presso do ar mnima (ou entre dois pontos em que apresso mxima).

um perodo depois

meio perodo depois

Num certo instante

P

sentido da propagao da onda

compressomxima noponto P

presso mnimaneste ponto

presso mnimaneste ponto

comprimento da onda sonora

rarefacomxima noponto P

compressomximaseguinte noponto P

P

P

A partcula vermelha est na crista da onda

Meio perodo depois

Um perododepois estnovamente nacrista da onda. Comprimento de onda

26

6 S O M E L U Z

Equao fundamental das ondas

Que relao h entre afrequncia de uma ondae o seu perodo?

Se a frequncia de uma onda for 2vibraes por segundo (ou seja, 2hertz), cada partcula faz umavibrao completa em 0,5 s.Portanto, o perodo ou tempo devibrao completa de cada partcula 0,5 s. Repara que 0,5 o inversode 2:

Temos, portanto, de um modo geral:

0 5

1

2, =

O comprimento de onda a distncia que aonde progride por perodo. A velocidade da onda ,pois, de 1 comprimento de onda por 1 perodo:

Simplificando, obtemos a seguinte equao(equao fundamental das ondas):

O perodo da onda o inverso da frequncia.Assim, podemos escrever:

Comprimento de onda

velocidade da onda=

comprimento de onda

perodo

velocidade da onda=comprimento de onda

1

frequncia

velocidade da onda= comprimento de onda frequncia

v = l f

O comprimento de onda representa-sepela letra grega lambda, ll

Exemplificando:

Um diapaso emite um som de 256 Hz. Sabendo que avelocidade do som no ar 340 m/s, qual o comprimento daonda sonora emitida por esse diapaso? Que significa essevalor?

Como v = l f, podemos escrever:

Portanto, na onda sonora do diapaso de 256 Hz, a distnciaentre dois pontos sucessivos em que a presso do ar mnima(ou entre dois pontos em que a presso mxima) 1,33 m.

l = m / s

Hz m

vf

= =340

2561 33,

Um diapaso de 256 Hz, erespectivo martelo. A indicao256 Hz significa que as hastesdo diapaso vibram com umafrequncia de 256 vezes por

segundo (256 movimentos devai-vm). Escuta o som emitido

pelo diapaso

perodo =frequncia

1

1T

f=

27

Visualizao de uma onda sonora

O som ouve-se mas no se v. Paravisualizar o som pode ligar-se um microfone aum osciloscpio ou a um computador comsoftware adequado. O microfone transforma asvibraes do ar em sinais elctricos. Estes sinaisso aplicados nas placas horizontais doosciloscpio e fazem com queo feixe de electres se movapara cima e para baixo. Sese fizer mover tambm ofeixe da esquerda para adireita (aplicando um sinaladequado nas placasverticais), consegue-se veruma onda no osciloscpio,que uma espcie de cpiaelctrica" das ondas sonoras.

Um osciloscpio tem algumas semelhanascom uma televiso. Tal como numateleviso, tambm no osciloscpio, umfilamento emite um feixe de electres nointerior de um tubo sem ar. Este feixe orientado por placas verticais e horizontais

contra um ecr.

0,2 ms por cada diviso

Placas

horizontais

Placas verticaisFeixe de electres

Ecr

fluorescente

Filamento

1 O produto comprimento de onda frequncia de uma ondasonora depende ou no do meio de propagao do som?Fundamenta a resposta.

2 Uma baleia pode emitir sons de 16 Hz. Que perodo tm essasondas sonoras? E qual o seu comprimento de onda na gua(velocidade do som na gua 1500 m/s)?

3 Observa a figura ao lado (anlise de um assobio numosciloscpio).

3.1 Qual o perodo e a frequncia do assobio?

3.2 Qual o comprimento da onda sonora do assobio?

Questes

4 divises

1 ms por cada diviso

(ms = milisegundo)

presso mximaneste ponto

presso mnimaneste ponto

meio perodo depois

P

P

O perodo desta onda sonora :

4 1 ms = 4 ms = 0,004 s

Verifica que a frequncia da onda 250 Hz

28

6 S O M E L U Z

4 Propriedades do som

Consegue-se identificar uma pessoa apenas pelo som da sua voz.

Como se podem descrever as caractersticas das diferentes

vozes? Que diferena haver entre o som de uma viola-baixo e o

som de uma viola-solo? Altos, baixos, fortes, fracos, bem

timbrados e mal timbrados so adjectivos vulgares que se

aplicam ao som. Que significam?

A altura de um somUm som pode ser mais alto (tambm se diz mais agudo) ou mais baixo(tambm se diz mais grave). No confundas som alto com som mais forteou mais intenso.

A altura de um som est relacionada com a frequncia das vibraesque provocam o som. Por exemplo, um assobio , em geral, um somagudo ou alto (corresponde a muitas vibraes do ar por segundo). J umsom de uma pancada da mo numa mesa um som baixo ou grave(experimenta ouvir o teu assobio e compara-o com o som de umapancada).

Quanto mais alto (mais agudo) for um som, maior a suafrequncia. Um assobio muito agudo pode corresponder a 4 000 vibraesdo ar por segundo.Um som grave oubaixo, como um somdas notas do ladoesquerdo do tecladode um piano,correspondeessencialmente asons provocados pormenos de 100vibraes porsegundo.

0,0040 s 0,0020 s = 0,0020 s = 2,0 ms

1,0 ms = 1,0 milisegundos

cada diviso vale 0,5 ms= 0,5 milisegundos

7,5 divis7,5 divises es 0,5 ms = 3,75 ms (4 per 0,5 ms = 3,75 ms (4 perodos)odos)

3,75 ms1 perodo = 0,94 ms = 0,00094 s

4

4 per4 perodos da ondaodos da onda

7,5 divis7,5 diviseses

Anlise de um assobio numcomputador. O perodo do assobio 0,00094 s. Logo, a sua frequncia 1/0,00094 = 1064 Hz.

29

O som de instrumentos musicaisest baseado numa escala deoitavas.

Se a frequncia de uma notamusical dupla de outra, ointervalo musical entre essasnotas uma oitava.

Por exemplo, no teclado de um"piano de 7 oitavas", como oque est representado, afrequncia dos sucessivos Ds dupla de oitava em oitava.

O D de 4185,6 Hz o maisagudo e o D de 32,7 Hz omais grave.

32,7 Hz 65,4 Hz 130,8 Hz 261,6 Hz 523,2 Hz 1046,4 Hz 2092,8 Hz 4185,6 Hz

Dmaisgrave

D D D D D D Dmais

agudo

A frequnciadeste D dupla da frequnciado D anterior

2 2 2 2 2 2 2

Os grficos ao lado referem-se adois assobios analisados numcomputador com softwareadequado. A escala horizontal(tempo) igual nos doisgrficos.

1 Quanto vale emmilisegundos, a menordiviso da escala horizontal?

2 Qual dos dois assobios temmaior perodo? E qual temmaior frequncia?

3 Qual dos dois assobios mais agudo? Porqu?

4 Qual o perodo de cadaum dos assobios?

5 Qual a frequncia de cadaum dos assobios?

Questes

Questes

30

6 S O M E L U Z

A intensidade ouvolume de um somO som emitido pela exploso do vulco Krakatoa em 1884 (naIndonsia) foi dos mais intensos ou fortes que alguma vez seproduziram na Natureza. Foi to forte que chegou a ser ouvidoa mais de 4000 km de distncia!

A intensidade de um som a caracterstica que permiteclassific-lo em forte ou fraco. Quanto mais intenso ou fortefor um som, mais longe ele poder ser detectado, emiguais condies de propagao.

A intensidade de um somdepende da energia que lhe estassociada. Esta designa-se muitasvezes por energia sonora, noporque se trata de uma formaespecial de energia ( energiacintica, ou energia domovimento, como outras formasde energia).

A intensidade de um somdepende da amplitude das respectivas ondas. A amplitudede uma onda sonora no ar metade da diferena entre aspresses mxima e mnima num certo ponto por onde passa aonda (ver esquema ao lado).

Esquemas de dois sons registadosnum osciloscpio (as escalashorizontal e vertical so iguais). Osom da esquerda mais intenso(tem maior amplitude).

O grfico refere-se a um assobio analisadonum computador. A intensidade do assobio

aumentou mas o seu perodo e a suafrequncia mantiveram-se constantes.

am

pli

tud

e

Observa o grfico acima.

1 Verifica que a frequncia do assobio se manteve constante ao longo de todo o assobio.

2 Que propriedade do som variou durante o assobio?

O vulco da ilha de Krakatoa,que explodiu em 1884:produziu o som mais intenso desempre na Terra!

31

ruptura do tmpano

concerto rock(mximo tolervel)

nvel mnimopara provocar

dor

trfego intenso

barulho deaspirador

conversavulgar

rudo numabiblioteca

conversamuita baixa

sussurro defolhas

agitadas

limiarda audio(nvel zero)

Nveis aproximados de intensidade sonora(em decibis)

160

120

110

80

70

60

40

20

20

0

O nvel de intensidadesonora: escala dedecibisOs sons pouco intensos no so distinguidospelo ouvido. Os sons muito intensos (porexemplo, aqueles que se produzem numwalkman quando o volume de som estmuito elevado) podem prejudicar a audio,porque afectam os diferentes rgos doouvido, quer temporria quer mesmodefinitivamente.

O nvel de intensidade sonora de umsom calculado comparando a intensidadedesse som com a intensidade do som maisfraco que se toma para referncia e que podeser ouvido pelo ser humano.

Um nvel de intensidade sonora de 1decibel (1 dB) mal se ouve, porque a suaintensidade pouco ultrapassa a intensidademnima audvel. Um murmrio, ouvido a 1 mde distncia, corresponde a um nvel deintensidade de 20 dB, aproximadamente.Uma conversa em tom normal, a 1 m dedistncia, corresponde a cerca de 60 dB.

Um nvel de intensidade sonora superiora 140 dB (por exemplo, o dos motores dosavies a jacto, ouvidos a 50 m, ou o depotentes instalaes sonoras, situadas a 1 mde distncia) provocam sensaes de dor epodem originar estragos permanentes nosorgos do ouvido.

Acima de 110 dB,as sensaes noouvido tornam-sedolorosas, porque ostmpanos (membranasvibrantes que temos nosouvidos) vibram comgrande amplitude.Mesmo os sons comnveis de intensidadeinferior, escutadosdurante longosperodos de tempo,podem provocarsurdez total ouparcial, porquediminuem aelasticidade dostmpanos.

Foto de um sonmetro, aparelho que mede o nvel deintensidade sonora, em decibis.

32

6 S O M E L U Z

O timbre de um som vulgar, no incio dos concertos, os msicosverificarem a afinao dos instrumentos. Uminstrumentista emite uma nota e todos os outrosinstrumentistas repetem a mesma nota. Se os sonsemitidos correspondem mesma nota, tm amesma altura. E podero ter ou no a mesmaintensidade, isto , serem igualmente fortes oufracos.

Mas, ainda que tenham a mesma altura e amesma intensidade, distinguimos nitidamenteesses sons entre si. Por exemplo, o L normalemitido por uma flauta distingue-se claramente doL normal emitido por um violino! Porqueconseguimos distinguir sons da mesma intensidadee altura produzidos por instrumentos diferentes?

A propriedade que permite distinguir sonsmusicais com a mesma altura e com a mesmaintensidade o timbre do som. O timbre umacaracterstica muito importante dosinstrumentos musicais e da voz humana. O quedistingue um cantor altamente apreciado o timbreda sua voz.

Um som musical emitido por um cantor ou porum instrumento uma mistura de sonsharmnicos, isto , uma mistura de sons emque um tem uma certa frequncia e os outrostm frequncias mltiplas desta. O timbreest relacionado com a composio dessamistura de frequncias.

Os sons de diferentes instrumentos (ou dediferentes vozes), mesmo quando emitem a mesmanota, diferem sempre na sua composioou seja,diferem no seu timbre.

flauta

violino

clarinete

Estas ondas correspondem mesma nota musical em trsinstrumentos diferentes. A frequncia fundamental do som a mesma (trata-se da mesma nota musical), mas a misturade harmnicos diferente de instrumento para instrumento.Os trs instrumentos tm, pois, timbres diferentes.

Som fundamental:harmnico deordem 0

Som de frequnciadupla: harmnicode ordem 1

Som de frequnciatripla: harmnicode ordem 2

Som compostopelos harmnicosde ordem 0, 1 e 2

Quase todos os sons so sons compostos. Afrequncia de um som composto a frequnciado seu som fundamental (que a frequnciamais baixa dos sons componentes). O timbre deum som composto depende do nmero de sonscomponentes (harmnicos), bem como dasfrequncias e intensidades respectivas.

Questes

33

A B

1 J observaste certamente as ondas que osespectadores fazem num estdio. Numazona do estdio, os espectadoreslevantam-se e pem os braos no ar.Logo a seguir, os espectadores ao ladofazem o mesmo. E assim sucessivamente.Uma onda destas pode demorar cerca deuma dezena de segundos a dar a volta aoestdio.

1.1 Que semelhanas h entre as ondas deespectadores e as ondas sonoras no ar?

1.2 E que diferenas?

2 A figura junto esquematiza as ondassonoras emitidas por dois diapases.

2.1 Qual que emite som com menorcomprimento de onda? Fundamenta aresposta.

2.2 Qual que emite som com menorfrequncia? Fundamenta a resposta.

2.3 Qual que emite som mais agudo?Fundamenta a resposta.

3 Os telefones de teclas produzem sonscaractersticos, que resultam dasobreposio de dois sons quase puros. Porexemplo, a tecla 1 de um telefone produzsom composto de dois sons com frequncias697 Hz e 1209 Hz. Estes dois sons so sonsharmnicos? Fundamenta a resposta.

4 As figuras mostram a anlise de duas notasL de uma guitarra Fender em computador.

4.1 Qual o L mais agudo?

4.2 Trata-se de sons puros ou sons comtimbre?

4.3 Sobrepondo estas duas notas, obtm-seum L com o mesmo timbre?Fundamenta a resposta.

4.4 Faz uma estimativa de quantas vezes que a frequncia do segundo L maiorque a frequncia do primeiro.

4.5 Verifica que a frequncia do primeiroL 220 Hz e a do segundo 440 Hz.

A

B

34

6 S O M E L U Z

5 Engenharia do som: algunsexemplos

O conhecimento das caractersticas e propriedades do som tem

sido usado nas mais diversas reas para melhorar a qualidade

de vida e para produzir espectculos de maior qualidade.

Espectro sonoroO espectro sonoro o conjunto de todos os sons, audveis e noaudveis pelo ser humano. A zona dos sons audveis, para os sereshumanos, situa-se entre os 20 Hz e os 20000 Hz. Os sons de frequncias de0 a 20 Hz (no audveis) constituem a zona dos infra-sons. Sons defrequncia inferior a 20 Hz (infra-sons) provocam nuseas e perturbaesintestinais. Os sons com frequncias muito elevadas, superiores a 20 000 Hz,que o ouvido humano tambm no consegue ouvir, chamam-se ultra-sons.

Os ces conseguem ouvir sons cujas frequncias esto entre os 15 Hz eos 50000 Hz. Podem, por isso, detectar rudos que deixam indiferentes osseres humanos, como, por exemplo, os apitos especiais para ces. Osmorcegos e os cgados conseguem emitir e ouvir sons de frequnciassuperiores a 100000 Hz.

30Piano 4100

15Aparelhagemde alta fidelidade

30 000

85Homem

1 100

20 20 000

452Co

1 800

15 50 000

760Gato

1 500

60 65 000

10 000Morcego

120 000

1 000 120 000

50Sapo

8 000

50 10 000

7 000Cgado

120 000

150 150 000

50 100 1000 10 000 100 000

frequncia (em hertz)

Frequncias produzidas Frequncias ouvidas

Gama de frequncias dos sons que podem ser produzidos por alguns instrumentos musicais, pelo homeme por diversos animais. O grfico mostra tambm as frequncias dos sons que podem ser ouvidos pordiferentes animais.

Discute...

35

Audiogramas e capacidadeauditivaExistem alguns defeitos do aparelho auditivo quedificultam a audio. Se o defeito for muito grande, -se mesmo surdo. Os mdicos dos ouvidos dispem deaudimetros, aparelhos que permitem registar emgrficos (audiogramas) a capacidade auditiva, verificandoassim se os ouvidos esto a funcionar bem. A figura aolado esquematiza os audiogramas A, B, C e D dediferentes pessoas.

1 Qual o nvel mnimo de intensidade sonora que apessoa A consegue ouvir?

2 A pessoa A consegue ouvir sons de 4000 Hz quetenham apenas 40 dB?

3 Compara o audiograma da pessoa A com o da pessoaB. Qual tem melhor capacidade auditiva? Porqu?

4 Qual das pessoas ouve melhor sons mais agudos(8000 Hz)?

5 Qual das pessoas ouve melhor sons mais graves(250 Hz)?

6 Qual das pessoas praticamente incapaz de ouvirsons com a frequncia de 3000 Hz?

7 Qual dos audiogramas provvel que corresponda aum jovem que no tem o hbito de ouvir msicamuito alta?

8 Os morcegos emitem ultra-sons de 30 000 Hz (oumais) na escurido de uma cave ou de uma caverna

para voaremafastados daparede. Este seusistema de sonarnatural extremamenteeficaz. Ser quepodemos ouvirestes sons emitidospelos morcegos?

100

80

60

40

20

0

8000400020001000500250

nv

el m

nim

o d

e in

tensi

dad

e so

nora

(dB)

frequncia do som (Hz)A

B

100

80

60

40

20

0

8000400020001000500250

nv

el m

nim

o d

e in

tensi

dad

e so

nora

(dB)

frequncia do som (Hz)

C

100

80

60

40

20

0

8000400020001000500250

nv

el m

nim

o d

e in

tensi

dad

e so

nora

(dB)

frequncia do som (Hz)

D

100

80

60

40

20

0

8000400020001000500250

nv

el m

nim

o d

e in

tensi

dad

e so

nora

(dB)

frequncia do som (Hz)

36

6 S O M E L U Z

Isolamento sonorodas casasO conhecimento do comportamentodos materiais no que se refere transmisso do som importante, porexemplo, para criar isolamento sonoronas casas.

Em certos casos, utilizam-semateriais isolantes nas paredes ecolocam-se vidros duplos nas janelasdas casas, nomeadamente nas queesto voltadas para ruasmovimentadas.

SonaresAlguns barcos utilizam o fenmeno do eco paradeterminar a profundidade da gua por baixo delesou a presena de cardumes. O aparelho que faz estadeterminao chama-se sonar. Os sonares utilizamsons que o ouvido humano no ouve os chamadosultra-sons.

O sonar possui um emissor de som especial, quefaz propagar o som na gua, e tem associado ummicrofone, que recolhe o som reflectido.

Assim, por exemplo, se o som demorar 0,1segundos a voltar, a que distncia est o barco dofundo do mar?

Como o som tem que ir e voltar e a velocidadedas ondas sonoras no mar de 1500 m/s, aprofundidade de

1500 m / s 0,1 s

275 m

=

EcografiaUma ecografia feita com ultra-sons, isto , sons de frequncia de20000 Hz, que superior s frequncias que o ouvido humanoconsegue ouvir. Estes sons so emitidos por cristais vibrantes,colocados perto do corpo. O eco recebido por sensores e analisadopor computadores, de modo a se obter uma imagem.

As ecografias so hoje uma prtica mdica corrente, que permitever os bbes antes de nascerem (na foto ao lado, um bbecografado no ventre da me). Os ultra-sons so tambm utilizadospor mdicos para examinar o interior do corpo humano, desde ocorao aos ossos ou ainda para certos tratamentos, como adestruio de pedras nos rins. Ecografia de um bb na

barriga da me: os ultra-sonsreflectem-se de mododiferente nos tecidos e nosossos, permitindo a umcomputador construir umaimagem do bb.

O isolamento sonoro podeimpedir a recepo de sons

no interior de umahabitao.

Sonar: o eco dos ultra-sons permite determinara posio de cardumes e do fundo do mar.

37

Arquitectura de salas deconcertoAt ao sculo XX, os teatros e as salas deconcerto eram concebidos com base em regrastradicionais, obtidas custa de tentativa e erro.Por isso, nem sempre era boa a qualidadeacstica das salas.

Uma sala de concerto tem uma boa acsticaquando se consegue uma boa recepo dos sonsem qualquer ponto da sala. H trs aspectosimportantes no que respeita acstica dassalas, a saber: o rudo de fundo, a difuso e areverberao.

O rudo de fundo pode mascarar, desfigurar os sons. As fontes desterudo tanto podem ser internas (o prprio pblico, ou o sistema de arcondicionado, por exemplo), como externas (trfego, obras,manifestaes pblicas, etc.).

A difuso dos sons dever ser o mais homognea possvel, isto ,dever evitar-se a concentrao dos sons em determinados pontos.Nesta difuso cabe papel importante reflexo do som nos tectos enas paredes. Por isso, a geometria das paredes reflectoras deve serestudada e as superfcies devem ser cobertas de materiais absorventesdos sons ou serem irregulares, de modo a difundirem em todas asdireces as ondas sonoras.

A reverberao a persistncia dosom depois de ter terminado a suaemisso. importante o tempo dereverberao, isto , o intervalo detempo necessrio para o som setornar inaudvel aps a sua emisso.Os tempos de reverberaoadequados para os diversos fins, deacordo com o volume da sala, estorepresentados no grfico junto.

bvio que a acstica de uma saladeve ser boa no s para os espectadoresmas tambm para os intrpretes. Estesdevero ouvir-se mutuamente e com omnimo atraso possvel. Isto consegue-se com placas reflectoras do som porcima e por trs dos executantes. Para conseguir uma boa audio mtua,os executantes das modernas orquestras sinfnicas dispem-se em semi-crculo.

Em geral, os concertos ao ar livre no tm qualidade acstica, porque,alm do rudo de fundo ser geralmente elevado, falta-lhe a reverberaoadequada para uma boa audio.

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

100 500 1000 500010 000 50 000

sala de concertos para orquestra

sala para msica ligeira

estdio de concertopera

teatro dramtico

sala de confernciasestdio de televiso

sala de baile

estdio derdio

volume da sala (em m3)

tem

po d

e re

verb

era

o (

em s

)

As paredes de uma salade concerto no solisas. Se o fossem, osespectadores ouviriamconcertos em mscondies acsticas, comsobreposio de sonsdirectos e reflectidos.

Tempo de reverberaoideal em funo dovolume da sala, paravrios tipos de salas. Emque tipo de sala quedeve ser maior o tempode reverberao? Emenor?

Leitura

38

6 S O M E L U Z

6 O que a luz? Como sepropaga?

Os nossos ouvidos so detectores naturais de ondas sonoras. E

os nossos olhos so detectores naturais de ondas

electromagnticas! As ondas electromagnticas consistem na

variao, no espao e no tempo, de certas propriedades fsicas.

Essas propriedades fsicas do espao so bem reais!

Som e luz: quediferenas e quesemelhanas?Vimos que o som, ao progagar informaoatravs de uma onda, permite a audio.Com a luz sucede algo de muito semelhante.A propagao da luz permite a viso. Adiferena entre estes dois fenmenosest no tipo de ondas. As ondasluminosas so de uma natureza totalmentediferente da que possuem as ondas sonoras,como vamos ver!

No caso do som, a propagao d-senum dado meio material (slido, lquido ougs, como o ar). no material que ocorremvibraes e se propaga a onda sonora. Novcuo (onde no h nada para vibrar), asondas sonoras no se propagam.

A luz, pelo contrrio, propaga-se no ar enos outros meios transparentes, como ovidro, mas tambm se propaga no vcuo.As ondas de luz no necessitam, pois,de qualquer meio material para sepropagarem. As ondas de luz, tambmdesignadas por ondas electromagnticas,correspondem variao, no espao e notempo, de certas propriedades fsicas (oschamados campos elctricos e magnticos).Essas propriedades fsicas do espaoso bem reais! Ests permanentemente autiliz-las nos telemveis, na rdio, nateleviso, nos lasers, etc., e, claro, na viso!

Na Lua, onde no h ar nem qualquer outro tipo deatmosfera, os astronautas podem ver mas no ouvemnada atravs do espao! Por exemplo, no podem ouviro som do jeep lunar! S podem comunicar uns com osoutros por rdio e por gestos, claro!

No filme Armageddon (eem muitos outros filmes,com cenas no espao)ouvem-se todo o tipo desons, onde nunca seriapossvel haver som...porque no h ar para asondas sonoras sepropagarem!

Uma lmpada acesa uma fonte de luz. Aemisso de luz um processo que se d anvel dos tomos do filamento da lmpada,que recebem energia da corrente elctrica.

Um feixe de luzincide num metal

Os fotes (partculasde luz) arrancamelectres do metal.

Este efeitofotoelctrico (foto = luz) comprovado peloelectroscpio. Estefica carregadoelectricamente, e asrespectivas folhasafastam-seligeiramente.

39

campo elctrico varivel

campomagntico varivel

direco da onda

direco do campoelctrico

direco do campomagntico

Uma representao muito simplificada da propagao de uma onda electromagntica. Narealidade, o que os cientistas conhecem bem sobre as ondas so as equaes matemticas que asdescrevem, e no os desenhos ou fotografias do que elas so na realidade!

Fontes e receptores de luzO Sol, tal como outros astros, emite luz para oespao. uma fonte de luz. A Terra no emite luz(mas reflecte parte da que recebe do Sol). , pois,um receptor de luz. Tambm numa sala temos fontesde luz (lmpadas, por exemplo) e receptores de luz(mveis, paredes, etc.)

O filamento de uma lmpada, para emitir luz,tem de ser percorrido por uma corrente elctrica. Acorrente elctrica transfere energia para ostomos do filamento da lmpada, isto , f-lospassar de um estado de menor energia para umestado de maior energia. E, imediatamente apsreceber energia da corrente, os tomos voltampara o estado de energia inicial, emitindoenergia na forma de radiao luminosa. E oprocesso repete-se at deixar de passar corrente nofilamento (quando se desliga o interruptor ou almpada se funde!).

Luz: ondas oupartculas?Desde o sculo XVII que a cincia discutese a luz constituda por ondas ou porpartculas. No sculo XIX, a teoria de que aluz constituda por partculas foipraticamente abandonada. Mas, no princpiodo sculo XX, descobriram-se vriosfenmenos fsicos (por exemplo, o efeitofotoelctrico usado para abrirautomaticamente portas) que levaram aconcluir que h partculas de luz. Einstein,que explicou o efeito fotoelctrico, chamoufotes s partculas de luz. Hoje em dia, ateoria da luz , no essencial, uma teoriamatemtica que admite que a luz tem umcomportamento como partcula e comoonda, consoante os fenmenos em queintervm.

Feixes e raiosluminososSe, em frente de uma fonte de luz, porexemplo uma fonte de raios laser, colocarmospoeiras (de p de giz, por exemplo) ou fumos(de cigarro, por exemplo) visualizaremos oque poderemos chamar um feixe luminoso.Um feixe suficientemente estreito considera-se como sendo um raio luminoso. Noentanto, por mais estreito que seja um feixede luz, este sempre formado por umainfinidade de raios luminosos.

Os feixes luminosos podem ser:

convergentes, quando os raiosluminosos se vo aproximando;

divergentes, quando os raiosluminosos se vo afastando;

paralelos, quando os raios luminososse mantm paralelos uns aos outros.

40

6 S O M E L U Z

Procura observar um objecto atravs de umamangueira. Estando a mangueira curvada, observas oobjecto? E com a mangueira direita? Porqu?

A propagao da luz em linha recta pode observar-sefacilmente ao nascer e ao pr-do-sol.

Propagao da luzQuando se acende a luz numa sala sescuras, verifica-se que h objectosiluminados nos mais variados pontos da sala.Deste facto podemos concluir que a luz sepropaga em todas as direces a partirda fonte que a emite.

Um feixe produzido por uma fonte de luzlaser atravessando diversas lentes.

Nesta zona, ofeixe de luz um

feixeconvergente.

Zona onde ofeixe de luz

converge.

Nesta zona ofeixe de luz

um feixedivergente.

Corpos transparentes,translcidos e opacosOs culos de lentes escuras diminuem a intensidade daluz que incide nos olhos. Portanto, a intensidade luminosa afectada pelo meio em que a luz se propaga. que aenergia luminosa pode ser mais (ou menos) absorvidaconsoante o meio em que se propaga.

O vidro normal transparente porque a luz visvel oatravessa facilmente, permitindo uma viso muito ntidados objectos atravs dele.

Uma folha de papel translcida porque a luz visvelo atravessa parcialmente, de tal modo que no permiteuma viso ntida dos objectos atravs dela.

Uma chapa de metal opaca luz visvel porque elano a atravessa. Logo, no permite a viso dos objectosatravs dela.

O facto de um dado corpo ser mais ou menostransparente depende da sua espessura e da luz que neleincide. Por exemplo, um corpo pode ser transparente luz vermelha e no o ser luz azul.

41

A velocidade da luzQuando acendemos uma lmpada, temos asensao de que a luz se propagainstantaneamente. Mas no assim: a luz podeat levar muitos anos a ir de um local a outro. Porexemplo, a luz do Sol demora quase 9 minutos achegar Terra!

Em distncias pequenas, o tempo de viagemda luz pequenssimo: nossa escala,propagao quase instantnea. A velocidadeda luz no vcuo aproximadamentetrezentos mil quilmetros por segundo(300 000 km/s). uma velocidade cerca de 900000 vezes maior do que a do som. Num segundo,o som percorre cerca de 340 metros. Numsegundo, a luz percorre 300 000 000 metros(trezentos milhes de metros), quase a distnciada Terra Lua. A velocidade da luz no vcuopouco difere do valor da velocidade da luz no ar.

A velocidade da luz no vcuo um valor comum significado muito especial. De facto, osfsicos tm muito boas razes para acreditarque nada pode viajar mais depressa do que aluz!

Nos outros meios transparentes (vidro, gua,plstico, etc.), a velocidade da luz menor do queno vcuo.

diamante

vidro de cristal

vidro vulgar

gua

vcuo

ar

0

50 0

00

100 0

00

150 0

00

200 0

00

250 0

00

300 0

00

350 0

00

124 000

180 000

200 000

225 000

300 000

300 000

velocidade da luz (km/s)

Observa uma lmpada luminosa atravsde um vidro normal, de uma folha depapel e de uma chapa de metal. Qualdos corpos transparente? E qual translcido? E qual opaco?

Coloca uma mancha de gordura (azeiteou leo, por exemplo) numa folha depapel branca. Ilumina a folha. A zonagordurosa mais ou menos translcidaque a folha seca?

Questes

1 Tendo em conta a tabela acima, verifica que aluz atravessa uma sala de aula de 6 m delargura em 0,000 000 02 s = 2 108 s.

2 Os astronautas deixaram uma cmara deteleviso na Lua. Quanto tempo demoram asondas emitidas por essa cmara de TV a chegar Terra, que est a 400 000 km da Lua?

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6 S O M E L U Z

7 Propriedades da luz e oespectro electromagntico

A luz, propagando-se por ondas, tal como o som, descrita

por grandezas fsicas semelhantes, como sejam a frequncia, o

perodo e o comprimento de onda. Cada tipo de luz, visvel ou

no visvel, tem valores diferentes destas grandezas.

Frequncia e comprimentode onda da luzAs ondas luminosas, tal como as ondas sonoras, tm um certo perodo (tempoque demora uma vibrao do campo electromagntico) e uma frequncia(quantas vibraes ocorrem por segundo). Movem-se a 300 000 km/s no ar eno vcuo, com um determinado comprimento de onda (distncia entre acrista ou vale de uma onda e a crista ou vale seguinte) e uma certaamplitude.

direco da onda

amplitude docampo elctrico

amplitude docampo magntico

comprimento de onda

Perodo: intervalo de tempoque demora uma vibrao docampo electromagmtico.Mede-se em segundos.

Frequncia: nmero devibraes do campoelectromagmtico por segundo.Mede-se em hertz (Hz). Umhertz uma vibrao porsegundo.

Amplitudes: valores mximodas intensidades doscampos elctrico emagntico.

A intensidade de luz estrelacionada com estasamplitudes. Quanto maisintensa for uma onda de luz,mais energia transporta.

perodo =1

frequncia

frequncia=1

perodo

O perodo de uma onda o inverso dafrequncia dessa onda. Por exemplo, se afrequncia da onda 10 Hz (10 vibraespor segundo), o perodo 1/10 = 0,1segundos. Uma vibrao completa, nessaonda, demora, pois, 1 dcimo desegundo.

Comprimento deonda: distnciaentre a crista ou ovale de uma onda ea crista ou o valeseguinte.

43

perodo =1

frequncia

velocidade da onda=

comprimento de onda

perodo

velocidade da onda=comprimento de onda

1

frequncia

velocidade da onda= comprimento de onda frequncia

c = l f

porque

simplificando

porque a distncia correspondente a 1comprimento de onda demora 1 perodo a serpercorrida pela onda

A velocidade de uma onda electromagntica a velocidade da luz (smbolo c).O comprimento de onda representa-se pela letra grega lambda (l) e afrequncia por f.

Esta a equao fundamental das ondas aplicada s ondaselectromagnticas (j atrs estudaste-a para as ondas sonoras)

E, como a velocidade da luz

300 000 km/s = 300 000 000 m/s = 3 108 m/s

podemos escrever:

Donde:

perodo =

1

frequncia=

1

9 10 Hz

1

9 10 s =1,1 10 s s

8 8-9

=

= 0 0000000011,

c f=

l

l3 10 9 108 8 m / s = Hz

l = m / s

Hzm = 0,33 m

3 10

9 10

3

9

8

8

=

Um telemvel emite na frequncia de 900 megahertz (900 MHz). Qual operodo e o comprimento das ondas emitidas e recebidas pelo telemvel?

Resposta:

Como 1 megahertz 1 milho de hertzs, temos:

900 MHz = 900 000 000 Hz = 9 108 Hz

O perodo das ondas , portanto:

Portanto, o perodo das ondas de 900 MHz 1,1 10-9

segundos (0,000 000 001 1 s) e o comprimento de onda 0,33 metros.

Exemplificando

Nota: um telemvel permite ouvirsons distncia... O som transformado nos microfones dotelemvel em sinais elctricos.Esses sinais so novamentetransformados e emitidos peloemissor do telemvel na formade ondas electromagnticas(ondas de luz). Essas ondas socaptadas pelas antenas dasempresas de telecomunicaesque, em seguida, as fazemchegar ao telemvel receptor.Portanto, ouvem-se ondassonoras num telemvel, mas ostelemveis comunicam entre sipor ondas electromagnticas!

RaiosultravioletasA luz ultravioletacorresponde s ondas electromagnticascujas frequncias so imediatamentesuperiores s da luz visvel.

A luz visvel, quer provenha do Sol ou deuma lmpada, acompanhada por algumasradiaes ultravioletas. So estas radiaesque mais escurecem a pele humana expostaao sol. Quando em excesso, so perigosas.A camada de ozono que existe na altaatmosfera da Terra absorve grande partedessas radiaes provenientes do Sol. Essacamada de ozono tem vindo a diminuir nasltimas dezenas de anos, devido ao uso deum grupo de produtos qumicos chamadosCFCs (clorofluorcarbonetos, actualmenteproibidos) em sprays, frigorficos, etc.

Os protectores solares protegem a peleporque filtram a luz, diminuindo aquantidade de radiao ultravioleta que aatingem.

Frequncia, comprimento de onda e perodotpicos:

frequncia = 1016 Hz

comp. de onda = 3 10-8 m

perodo = 10-16 s

44

6 S O M E L U Z

O espectro electromagnticoH uma grande diversidade de ondas de luz ou ondaselectromagnticas. As ondas de rdio, os raios X (quepermitem ver o interior do corpo humano, os raiosinfravermelhos (que nos permitem controlar os aparelhosde TV sentados no sof!), etc., so ondaselectromagnticas. Quer dizer, a natureza dessasradiaes a mesma natureza da luz visvel. Oconjunto de todos os tipos de ondas de luz, visveis e novisveis, designa-se por espectro electromagntico.

O olho humano apenas detecta a luzvisvel, isto , as ondaselectromagnticas que tmcomprimentos de onda compreendidosentre 0,000 004 metros (cor violeta) e0,000 007 metros (cor vermelha).

Raios gamaOs raios gama so as ondaselectromagnticas de maiorfrequncia. O seu poderpenetrante extraordinrio, podendomesmo atravessar a Terrade um lado ao outro!Utilizam-se em medicinapara matar clulas detumores cancergenos (nafigura est um desenho deum sistema desse tipo).Claro que a sua utilizao muito cuidadosa, pois soperigosos para as clulassaudveis.

Frequncia, comprimentode onda e perodo tpicos:

frequncia = 1022 Hz

comp. de onda = 3 10-14 m

perodo = 10-22 s

Raios XOs raios X so ondaselectromagnticas comfrequncias superiores sdos raios ultravioletas. Tmum grande poder depenetrao em objectosopacos a outros tipos deluz. Utilizam-se, por isso,em radiografias paraobservar, por exemplo,ossos e dentes, paraexaminar bagagens emaeoroportos, etc.

Frequncia, comprimentode onda e perodo tpicos:

frequncia = 1018 Hz

comp. de onda = 3 10-10 m

perodo = 10-18 s

MicroondasAs microondas tm comprimentos deonda entre 1 mm e 30 cm. Asfrequncias das microondas sosuperiores s das ondas de rdio, logo oseu comprimento de onda inferior. Ouso de microondas vulgarizou-se nos

ltimos tempos em fornos de cozinha. Estas ondaselectromagnticas, reflectidas pelas paredes interioresdo forno, distribuem-se por todo o forno e, quandopenetram nos alimentos, cedem-lhes energia. Estaenergia aumenta a agitao das molculas de gua nosalimentos, que assim aquecem rapidamente. Quantomais gua tiver um alimento, mais rapidamente eleaquece. As microondas so tambm utilizadas nosradares e nas telecomunicaes (rdio e TV).

Frequncia, comprimento de onda e perodo tpicos:

frequncia = 1010 Hz

comp. de onda = 0,03 m

perodo = 10-10 s

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Ondas de rdioAs ondas de rdio e TV so de todas asondas elecromagnticas as que tm asmenores frequncias e maiorescomprimento de onda. Os comprimentosde onda vo desde algumas dezenas decentmetros at muitos quilmetros. Asondas de rdio costumam classificar-se emondas longas, ondas mdias e ondas curtas. As ondas curtaspodem atingir grandes distncias devido reflexo naatmosfera (reflexo essa que no ocorre com os outros tipos deondas de rdio).

Frequncia, comprimento de onda e perodo tpicos:

frequncia = 108 Hz (100 MHz)

comp. de onda = 3 m

perodo = 10-8 s

Raios infravermelhosOs chamados raios infravermelhos (ouondas infravermelhas) so as ondaselectromagnticas de frequnciascompreendidas entre as das microondas e asda luz visvel. Usam-se, por exemplo, nostelecomandos de TV. Os raios infravermelhos,se suficientemente intensos, tm grande poderde aquecimento. Por exemplo, em algunsrestaurantes usam-se lmpadas deinfravermelhos para manter quentes osalimentos. Com culos especiais ou mquinasde fotografar especiais, pode-se ver no escuro.De facto, esses culos e essas mquinas sosensveis s ondas infravermelhas que todosos objectos emitem (mas que noconseguimos ver vista desarmada). Htambm satlites que tiram fotografias deinfravermelhos da superfcie terrestre,que so auxiliares preciosos nasprevises meteorolgicas. Algunsanimais, como por exemplo os mosquitos,conseguem detectar as radiaesinfravermelhas emitidas por outrosanimais, o que lhes permite perseguir denoite as suas presas.

Frequncia, comprimento de onda eperodo tpicos:

frequncia = 1011 Hz

comp. de onda = 0,003 m

perodo = 10-11 s

Imagem da Europa, em luz infravermelha, obtida por umsatlite. As zonas mais quentes so as zonas mais escuras(terra e mar)

Discute...

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6 S O M E L U Z

Deixem-se de conversas

Um estudo sobre os efeitos dasradiaes dos telemveis lanahipteses alarmantes. As clulascerebrais podem estar em risco

Texto de Ricardo Nabais, Foto de AntnioPedro Ferreira (Expresso, 1 de Maro de2003)

Marcar um nmero e ligar a um amigo, enviarmensagens por SMS, tirar fotos e envi-las so gestostriviais do quotidiano. Mas a banalidade destas acespode ser posta em causa com a recente pesquisa deuma equipa de cientistas suecos liderada peloneurocirurgio Leif Salford.

Este mdico, que se tem dedicado a um estudoprofundo dos telemveis e dos seus efeitos no sistemanervoso, chegou a uma concluso alarmante. Asradiaes electromagnticas produzidas por estesaparelhos que no so propriamente novidade, aocontrrio das possveis consequncias da sua incidnciasobre o crebro podem matar os neurnios. O estudoser publicado em Abril nos EUA, no jornal do NationalInstitute of Environmental Health Sciences e promete darbrado.

A provar-se tal hiptese, muitos afirmam que osprocessos judiciais em torno dos telemveis sero, numfuturo prximo, to abundantes quanto as acesmovidas devido ao consumo, activo ou passivo, detabaco.

A experincia de Salford que estuda esta questodesde 1992 foi desenvolvida em ratos e centrou-se nachamada barreira hemato-enceflica, situada no crebro,cuja funo consiste em seleccionar e separar molculas,protenas e outros elementos daquele rgo. Estabarreira funciona como filtro e a aco das radiaes dostelemveis sobre ela pode, segundo Salford, ser nefasta,na medida em que a rompe, permitindo a entrada desubstncias nocivas ao crebro. Substncias, como aalbumina, a partir do momento em que ultrapassem estabarreira, podem danificar os neurnios.

Para Jos Maria Bravo Marques, director do serviode Neurologia do Instituto Portugus de Oncologia,poderemos estar perante novos dados na pesquisa dasradiaes dos telemveis, pois at agora no hnenhum estudo documentado que prove a relao dasradiaes electromagnticas, com problemasoncolgicos. Ser necessrio constituir novos grupos de

trabalho para reproduzir e tentar confirmar a pesquisade Leif Salford.

Os operadores, por seu lado, mantm-se atentos atoda a legislao nova sobre a matria e remetem paraos nveis mnimos sugeridos pelos padres europeus. Anorma actual estipula um limite de exposio a camposelectromagnticos em 300 GHz e foi determinada nasequncia das polmicas sobre os espaos maisadequados para a instalao de antenas de telemveis.

Mas os problemas no acabam aqui. Asrecomendaes da praxe no estar muito tempo emcontacto com o aparelho, afast-lo dos rgos vitaiscomo o corao e o crebro, entre outras tambm noparecem dar certezas absolutas de segurana. Noentanto, segundo Isabel Ramos, presidente da SociedadePortuguesa de Radiologia, a questo est em medir arelao entre os benefcios e os malefcios dasradiaes. Os especialistas que devem determinaresse nvel, tendo em conta que vale a pena utiliz-lasquando as vantagens superam os constrangimentos.Neste caso, o que se ganhou com os avanos nastelecomunicaes faz esquecer qualquer mal que daadvenha.

Contudo, devemos ter em conta um princpio: o usodos telemveis deve ser moderado, principalmente entreos mais jovens, cujas clulas tm menos defesas contraas radiaes. So eles, acima de tudo, quem se devedeixar de conversa fiada.

Que efeitos podem ter as radiaesemitidas pelos telemveis?

Esses efeitos esto jcomprovados, sem margem paradvidas?

H limitaes ou recomendaespara o uso de telemveis? Quais?

47

Questes

1 O Joo pretende determinar a distncia a quese encontra a Joana. Para tal, toma nota doinstante em que ela emite um som,levantando um brao.

1.1 Que medida foi necessrio efectuar?

1.2 Usando o valor dessa medio, como queele pode determinar a distncia a queest a Joana?

1.3 O Joo necessita de ter em conta a velocidade da luz para determinar adistncia? Fundamenta a resposta.

2 A estao de rdio RDP emite para Timor na frequncia de 17 740 kHz ecomprimento de onda de 16,9 m.

2.1 Determina a velocidade destas ondas de rdio.

2.2 Que relao h entre esta velocidade e a da luz visvel?Fundamenta a resposta.

3 Considera o espectro electromagntico apresentado nas pginasanteriores.

3.1 Descreve-o resumidamente.

3.2 Indica algumas aplicaes:

a) Das micro-ondas.

b) Das radiaes infravermelhas.

c) Das radiaes ultravioletas.

d) Dos raios X.

3.3 H radiaes que so utilizadas para detectar fracturas e sobreposiesem pinturas. De que tipo de radiao se trata?

A Raios ultravioletas.

B Raios infravermelhos.

C Raios X.

D Raios gama.

3.4 O nosso corpo est permanentemente a emitir determinado tipo deradiaes. Que tipo?

A Raios ultravioletas.

B Raios infravermelhos.

C Raios X.

D Raios gama.

3.5 Como actuam as micro-ondas para aquecer os alimentos?

3.6 Em que diferem as ondas emitidas por diferentes estaes de TV?

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6 S O M E L U Z

8 Reflexo da luz e espelhos

Reflexo da luzQuando um feixe de luz incide nasuperfcie de um corpo, parte da luz absorvida pelo corpo e parte reflectida. A luz reflectida podedispersar-se ou difundir-se em vriasdireces, como a luz que incide numafolha de papel, ou seguir numa nicadireco, como a luz que incide numespelho.

Numa superfcie espelhada, um feixe de luzreflecte-se numa nica direco.

Numa superfcie no espelhada,como uma folha de cartolina, aluz reflecte-se em todas asdireces (diz-se que a luz sedifunde ou se dispersa). Umasuperfcie espelhada perfeitamente regular e umafolha de papel muito irregular,a nvel microscpico. A luz dispersada devido a essasirregularidades, como mostra oesquema ao lado.

Reflexo da luz na gua tranquila de um lago. Se o lagoestiver agitado, ser que no h reflexo da luz?

espelho

feixeincidente

feixeincidente

folha de cartolina

ampliao

J todos observmos uma imagem na superfcie lmpida e

tranquila de um lago. Essa imagem deve-se reflexo da luz

na superfcie da gua, que funciona como espelho. A luz

reflectida incide nos nossos olhos: o que vemos no espelho

uma imagem do objecto. V-se a imagem atrs do espelho,

como se a luz viesse desse local

espelho

folha de cartolina

49

Leis da reflexo da luz

Observando cuidadosamente areflexo de um raio luminoso emedindo os ngulos de reflexoe de incidncia, conclui-se que:

o ngulo de reflexo sempre igual ao ngulode incidncia (verfigura);

o raio incidente, o raioreflectido e a normal noponto de incidncia estono mesmo plano.

Se a luz incidir perpendicularmente a um espelho,volta para trs. Neste caso, o ngulo de reflexo nulo, tal como o ngulo de incidncia.

Equipamento utilizado para investigar a reflexo daluz num espelho. O feixe proveniente da lmpadaincide num pequeno espelho plano, colocado sobreum transferidor, em que se podem medir osngulos de incidncia e de reflexo.

Raioincidente

Raioreflectido

Rectaperpendicular(ou normal) superfcie no pontode incidncia.

ngulodeincidncia(nguloformado peloraio incidente epela normal)

ngulo de reflexo(ngulo formado pelo

raio reflectido e pelanormal)

espe

lho

O raio incidente, o raio reflectido e anormal coincidem quando a luz incideperpendicularmente ao espelho.

Tipos de espelhos Todos os dias observas imagens em espelhos.Um espelho um corpo onde se observamimagens devido reflexo da luz. H espelhosplanos, esfricos, cilndricos, etc. Nas duasactividades seguintes vais ver como se obtm equais as caractersticas das imagens formadaspor uns e por outros.

Discute...

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6 S O M E L U Z

Espelhos planos: a chama da outravela queima ou no queima?Com um pedao de vidro, bem limpo e apoiado verticalmente numsuporte de plasticina (ver foto) podes realizar uma experincia muitosimples numa sala s escuras:

1 Prepara duas velas exactamenteiguais e coloca-as em posiessimtricas em relao lmina de vidrovertical (ou seja: exactamente uma emfrente da outra e a igual distncia dalmina; o uso de uma base de papelquadriculado facilita esta operao).

2 Acende uma das velas e olha atravsda lmina para a vela apagada(exactamente como mostra a foto aolado). Que observas?

3 Passa um dedo no pavio da vela atrs doespelho. Queimas o dedo? Por quemotivo esta vela apagada vista como seestivesse acesa?

4 Coloca uma folha de carto a servir de alvo ou ecr no local da velaatrs do espelho. Observa esse alvo atravs do vidro e, a seguir, delado, portanto espreitando sem ser atravs do vidro. Vs algumaimagem no alvo do mesmo modo que vs imagens nos ecrs doscinemas?

Nesta experincia, o vidro funciona como umespelho plano. A chama que se observa na vela atrsdo espelho a imagem da chama da vela da frente.Mas uma imagem diferente das que observamos noscinemas: no se projecta em alvos

Como construir geometricamente asimagens vistas nos espelhos planos?

Observa agora a figura ao lado que esquematiza opercurso de dois raios luminosos vindos de um objectopontual P. O ponto P representa, por exemplo, um pontoluminoso da chama da vela acesa e a figura mostra oolho a observar a imagem desse ponto luminoso no espelho.

5 De onde parece vir a luz reflectida proveniente da luzincidente que partiu de P?

espelho

P P'

imagem doponto P dadapelo espelho

raio 1raio 2

observador

A chama da outra vela,atrs do espelho, queimaou no queima?

Os raios reflectidos que atingemo olho parecem provir de P

6 Essa luz tem origem no ponto P?

7 Onde convergem os prolongamentos dos raios luminososdepois da reflexo?

Quando uma imagem se obtm na juno dosprolongamentos para trs do espelho dos raios luminososreflectidos, a imagem no pode projectar-se num alvo, aindaque este seja colocado no stio onde se forma a imagem.

Como estas imagens no se podem projectar em alvos, comosucede nos ecrs de cinema, necessrio utilizar outro processopara o podermos fazer Daqui a pouco j vais ver como projectarimagens

Constri a imagem de um objecto dada porum espelho plano

A figura junto representa uma seta AB e a sua imagem AB dadapor um espelho plano.

1 Mostra geometricamente que aimagem de A se forma onde estrepresentado A (procede comoesquematizado na pgina anteriorpara obter a imagem do ponto P).

2 A imagem AB do segmento AB simtrica do objecto em relaoao espelho. Que significa estafrase?

3 Caracteriza a imagem quanto aoseu tamanho, quando comparadocom o tamanho do objecto.

4 Resume duas caractersticas dasimagens obtidas nos espelhosplanos.

51

B B'

A A'

espelho

objecto AB imagem do objecto ABdada pelo espelho

Um espelho plano d uma imagem simtrica doobjecto. No espelho, o olho esquerdo o olho

direito e vice-versa!

Discute...

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6 S O M E L U Z

Acabaste de ver como se formam as imagens nos espelhos planos e quecaractersticas tm:

as imagens dos objectos so formadas atrs dos espelhos a partir dosprolongamentos dos raios luminosos;

so simtricas dos objectos (portanto, tm o mesmo tamanho).

Pelo contrrio, nos espelhos esfricos (aqueles em que as superfciesespelhadas so esfricas):

as imagens nem sempre so formadas atrs dos espelhos;

no so nem simtricas nem do mesmo tamanho dos objectos (com umanica excepo muito particular em que o tamanho pode ser o mesmo).

Observa o esquema que mosta a imagem dada por um espelho convexo(a superfcie espelhada a convexa). Nesse esquema, mostra-se um feixe deluz proveniente dos cabelos. O olho do observador recebe o feixe vindo doespelho, depois de se reflectir.

1 De onde parece provir o feixe reflectido queatinge o olho?

2 A imagem forma-se no prolongamento, paratrs do espelho, do feixe reflectido. Essaimagem menor ou maior que o objecto?

Vejamos agora o que sucede num espelhocncavo (a superfcie espelhada a cncava). No esquema, mostra-senovamente um feixe de luz proveniente dos cabelos. O olho do observadorrecebe o feixe vindo do espelho, depois de se reflectir.

2 De onde parece provir o feixe reflectido que atinge oolho?

3 A imagem forma-se noprolongamento, paratrs do espelho, dofeixe reflectido.Essa imagem menor ou maiorque o objecto?

As imagens queestudaste at agoraformaram-se sempreatrs dos espelhos, nos prolongamentos dosraios reflectidos. Isto acontece sempre nosespelhos planos e nos espelhos convexos masno acontece sempre nos espelhos cncavos,como vais ver a seguir!

raio reflectido

raio reflectid

o

lado convexo lado concvo

Imagem de umamoeda num espelhoconvexo.

Espelhos esfricos: porque originam imagensmenores e maiores que os objectos?

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C F

observador E

imagem A'B'vista pelo observador Equando olha para o espelho

A'

B'

A

B

C F

observador E

C F V

V

V

observador E

raio 1

raio 2

Constri a imagem

Vais agora construir a imagem deuma vela dada por um espelhocncavo. O objecto (vela) estmuito prximo do espelho (entreo foco do espelho e o vrtice).

Para completares a construogeomtrica, utiliza a informaono cimo desta pgina, referente atrs casos especiais de reflexonum espelho cncavo.

4 Completa o percurso doraio 1

5 Completa o percurso doraio 2

6 Verifica que a imagem seforma na posio AB dafigura (repete a construodos raios no ltimoesquema).

C V VV F C FC F

Trs casos especiais de reflexo num espelho cncavo(de acordo com as leis da reflexo)

Todos os raios luminosos queincidem paralelamente ao eixoprincipal CV de um espelhocncavo reflectem-se passandopelo foco F, situado no eixoprincipal.

O vrtice V do espelho o pontocentral do espelho.

O foco situa-se a meia distncia doespelho entre o centro decurvatura e o vrtice.

Todos os raios luminososque incidem passandopelo foco reflectem-separalelamente ao eixoprincipal.

Todos os raios luminosos queincidem passando pelo centrode curvatura C do espelho(centro da esfera a que podepertencer a superfcieespelhada) reflectem-se namesma direco porqueincidem perpendicularmenteao espelho.

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6 S O M E L U Z

Imagens que se projectam emalvos!

Finalmente observa a fotografia ao lado quemostra a imagem dada por um espelhocncavo projectada num alvo.

7 A imagem est atrs ou frente doespelho?

8 Esta imagem idntica ou diferentedas que estudaste at agora? Porqu?

Observa a construo geomtrica daimagem dada por um espelho cncavoquando o objecto est entre o foco e ocentro de curvatura.

9 Os prolongamentos dos raiosreflectidos convergem ou divergem?

10 A imagem forma-se por convergnciada luz num alvo ou porconvergncia dos prolongamentosdos raios reflectidos?

A concluso a que chegaste vlida paratodas as imagens que se podem projectarem alvos! Uma imagem dada por umespelho cncavo projecta-se no alvo porquea luz proveniente do objecto, depois deser reflectida pelo espelho, concentra-senos pontos do alvo. Estas imagens sotradicionalmente designadas por imagensreais.

E se o objecto estiver a uma distnciasuperior distncia do centro decurvatura ao espelho? O esquema ao ladomostra parte da construo geomtrica daimagem de uma vela nessas condies.

11 Completa o esquema.

12 A imagem projectvel ou no numalvo?

13 A imagem maior, igual ou menor doque o objecto? direita ou invertida(relativamente posio do objecto)?

14 Onde se forma a imagem: frente ouatrs do espelho? A distncia daimagem ao espelho maior, menor ouigual distncia a que o objecto estdo espelho?

C F

C F

raio 1

raio 2

observador E

imagem A'B'projectada no alvo, vistadirectamente pelo observador E, frente do espelho

A' A

B'

B

A

B

A imagem da vela, formada no espelhocncavo, est projectada no alvo! A imagemest direita ou est invertida?

espelho

alvo

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Questes

1 Observa a figura junto que representa uma experincia com umfeixe de luz.

1.1 Que podes medir no transferidor?

1.2 O que se pretende mostrar com esta experincia?

1.3 Se o ngulo entre os raios incidente e reflectido for 90,qual a inclinao do raio incidente em relao aoespelho?

2 Observa a imagem de uma caneta num espelho (ver figura).

2.1 A imagem maior ou menor que o objecto?

2.2 A imagem obtida pela convergncia dos raios reflectidosou dos seus prolongamentos para trs do espelho?

2.3 Que tipo de espelho o da figura?

3 Observa a imagem de uma jovem num espelho (ver figura).

3.1 A imagem da cara maior ou menor que esta?

3.2 A imagem dada por este espelho pode ou no ser projectadanum alvo?

3.3 Que tipo de espelho o da figura?

4 O esquema junto mostra duas setas. Se aseta superior representar um objecto, serque a seta inferior pode representar aimagem desse objecto no espelhoesquematizado? Fundamenta a resposta.

5 Observa o esquema (incompleto) que representa a construogeomtrica da imagem de uma vela dada por um espelho curvo.

5.1 Que tipo de espelho est esquematizado?

5.2 Em que posio est o objecto?

5.3 Completa o percurso dos dois raios representados.

5.4 Em que posio se forma a imagem? Pode ser projectadanum alvo? Porqu?

5.5 Em que posio deve estar um observador para ver aimagem?

5.6 Quais so as caractersticas da imagem?

6 Observa as imagens dadas pelos espelhos ao lado. Os espelhossero esfricos? Fundamenta a resposta.

espelho

C FA

B

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6 S O M E L U Z

9 Refraco da luz e lentes

Refraco da luzUm feixe luminoso, quando passa de ummeio transparente para outro, muda, emgeral, de direco. Chama-se refraco aeste "acidente" que se d com os feixes deluz (refractar significa quebrar, flectir). Ofeixe s no muda de direco quando incideperpendicularmente superfcie de separaodos dois meios.

Como vimos, a velocidade da luzdepende do meio em que se propaga.Quando um feixe de luz passa de um meioem que se desloca mais depressa para outroem que se desloca mais devagar,aproxima-se da perpendicular superfciede separao dos dois meios. o queacontece na passagem da luz do ar para ovidro (ou para a gua). Pelo contrrio, quandoum feixe de luz passa de um meio em que sedesloca mais devagar para outro em que sedesloca mais depressa,