Arco-Íris e Dispersão da Luz

O arco-íris 

É um fenômeno ótico causado pela refração da luz solar nas gotas de água (chuva) presentes na atmosfera. A refração divide a luz solar, branca, em espectros coloridos que caracterizam o arco-íris.Todos os objetos apresentam um determinado índice de refração e as gotas de chuva também. Elas funcionam como se fossem um prisma natural, mas precisam ter um tamanho e formato certos para formar o arco-íris.O mesmo fenômeno pode ser reproduzido em outras situações através da refração de luz por um prisma de vidro.A refração é o processo de desvio do feixe de luz que, ao passar de um meio material para outro (o ar, para a água da gota de chuva) sofre um atraso. Um lado da onda de luz desacelera primeiro que o outro, causando a separação das cores de acordo com a frequência. É isso que a gota de chuva faz com a luz. Ao passar do meio material do ar, para a água da gota de chuva, a luz sofre uma refração, desvia no interior da gota e depois sofre uma nova refração ao sair da gota de chuva.

Por que um arco?

Mas, se fosse só isto, veríamos então, ao invés de um arco-íris, vários feixes de luz colorida (com cada gota de chuva refletindo todas as cores do arco-íris: laranja, amarelo, vermelho, verde, anil,azul e violeta) e não todos eles arrumadinhos formando um arco.A questão é que, quando a gota de chuva refrata a luz solar, as cores vão se separando de acordo com sua frequência em ângulos diferentes com relação ao observador. Desta forma, apenas uma cor estará posicionada em um ângulo visível ao observador. E da mesma forma, todas as outras gotas ao redor desta, refratarão a mesma cor em direção ao observador, formando uma faixa larga de determinada cor que caracteriza o arco-íris.Exemplificando: você está observando o arco-íris. A cor que você vê por cima, o vermelho, está sendo refratada por várias gotas de chuva que estão na mesma altura. Logo abaixo do vermelho, você vê a cor laranja, que está sendo refratada por gotas de chuva que estão logo abaixo das que estão refratando a cor vermelha e assim sucessivamente. Isso porque, as gotas de cima estão em um ângulo que permite que a cor vermelha seja refratada direto para você, enquanto as outras cores passam por baixo de seu campo de visão (ou por cima, dependendo da cor).

A Dispersão da Luz Branca

A dispersão é um fenômeno óptico que consiste na separação da luz branca, ou seja, separação da luz solar em várias cores, como as do arco-iris, cada qual com uma frequência diferente. Esse fenômeno pode ser observado em um prisma de vidro, por exemplo.O célebre físico e matemático Isaac Newton, observou esse fenômeno e no ano de 1672 publicou um trabalho, no qual apresentava suas ideias sobre a natureza das cores. A interpretação sobre a dispersão da luz e a natureza das cores, dada por Isaac Newton, é aceita até hoje, fato esse que não ocorreu com o modelo corpuscular da luz elaborado por esse mesmo cientista.Esse fenômeno ocorre em razão da dependência da velocidade da onda com a sua frequência. Quando a luz se propaga e muda de um meio para outro de desigual densidade, as ondas de diferentes frequências tomam diversos ângulos na refração, assim sendo, surgem várias cores.Newton não foi o primeiro a perceber esse acontecimento. Muito antes dele já se tinha o conhecimento que a luz branca, ao atravessar um prisma com densidade diferente a do ar, originava feixes coloridos de maior ou menor intensidade. Antes de Newton, acreditava-se que a luz, oriunda do Sol, era pura e que o surgimento das cores ocorria em razão das impurezas que o feixe de luz recebia ao atravessar o vidro.Isaac Newton trabalhou no polimento de peças de vidro e obteve um prisma retangular com o qual realizou um experimento que ele já tinha conhecimento. Newton descreveu seu procedimento experimental da seguinte forma: “(...) tendo escurecido o meu quarto, fiz um pequeno orifício na janela, de modo a deixar penetrar uma pequena quantidade conveniente de luz solar. Coloquei o prisma em frente ao orifício, de maneira que a luz, ao se refratar, indicasse na parede oposta. Foi um agradável divertimento observar as intensas e vivas cores ali projetadas (...)”. Dessa forma esse cientista utilizou, pela primeira vez, o vocábulo spectrum para fazer referência ao conjunto de cores que tinham se formado.

Difração

Newton não concordava com a ideia de que a luz era pura e que a cores se formavam em virtude de impurezas que eram acrescentadas a ela. Crendo que essa ideia era falsa, ele realizou outro experimento para mostrar que esse pensamento estava incorreto. O que ele fez foi fazer com que apenas uma das cores passasse através de um segundo prisma, também de vidro. Feito isso, percebeu que o feixe luminoso não sofria nenhuma alteração e, dessa forma, constatou que um prisma não acrescentava nada ao feixe luminoso que passa através dele.Mas ainda faltava uma explicação concreta para esse fenômeno. Assim ele lançou a hipótese de que a luz não era pura, mas sim formada pela superposição ou mistura de todas as cores do espectro. E ao passar por um prisma de vidro sofria o fenômeno da difração, que é a decomposição da luz branca em várias cores. Ainda hoje essas ideias de Newton são aceitas e amplamente apresentadas.

Fonte: https://www.infoescola.com/meteorologia/arco-iris/

Sala de Leitura

 

Teste seus Conhecimentos

1. Uma pessoa toca no piano uma tecla correspondente à nota mi e, em seguida, a que corresponde a sol. Pode-se afirmar que serão ouvidos dois sons diferentes porque as ondas sonoras correspondentes a essas notas têm:

a) amplitudes diferentes

b) frequências diferentes

c) intensidades diferentes

d) timbres diferentes

e) velocidade de propagação diferentes

2. Diante de uma grande parede vertical, um garoto bate palmas e recebe o eco um segundo depois. Se a velocidade do som no ar é 340 m/s, o garoto pode concluir que a parede está situada a uma distância aproximada de:

a) 17 m

b) 34 m

c) 68 m

d) 170 m

e) 340 m

3. A respeito da classificação das ondas, marque a alternativa incorreta:

a) As ondas classificadas como longitudinais possuem vibração paralela à propagação. Um exemplo desse tipo de onda é o som.

b) O som é uma onda mecânica, longitudinal e tridimensional.

c) Todas as ondas eletromagnéticas são transversais.

d) A frequência representa o número de ondas geradas dentro de um intervalo de tempo específico. A unidade Hz (Hertz) significa ondas geradas por segundo.

e) Quanto à sua natureza, as ondas podem ser classificadas em mecânicas, eletromagnéticas, transversais e longitudinais.

4. Uma determinada fonte gera 3600 ondas por minuto com comprimento de onda igual a 10 m. Determine a velocidade de propagação dessas ondas.

a) 500 m/s

b) 360 m/s

c) 600 m/s

d) 60 m/s

e) 100 m/s

5 . Com o objetivo de simular as ondas no mar, foram geradas, em uma cuba de ondas de um laboratório, as ondas bidimensionais representadas na figura, que se propagam de uma região mais funda (região 1) para uma região mais rasa (região 2).

Sabendo que, quando as ondas passam de uma região para a outra, sua frequência de oscilação não se altera e considerando as medidas indicadas na figura, é correto afirmar que a razão entre as velocidades de propagação das ondas nas regiões 1 e 2 é igual a:

a) 1,6.

b) 0,4.

c) 2,8.

d) 2,5.

e) 1,2.

6.  As ondas são formas de transferência de energia de uma região para outra. Existem ondas mecânicas – que precisam de meios materiais para se propagarem – e ondas eletromagnéticas – que podem se propagar tanto no vácuo como em alguns meios materiais. Sobre ondas, podemos afirmar corretamente que

a) a energia transferida por uma onda eletromagnética é diretamente proporcional à frequência dessa onda.

b) o som é uma espécie de onda eletromagnética e, por isso, pode ser transmitido de uma antena à outra, como ocorre nas transmissões de TV e rádio.

c) a luz visível é uma onda mecânica que somente se propaga de forma transversal.

d) existem ondas eletromagnéticas que são visíveis aos olhos humanos, como o ultravioleta, o infravermelho e as micro-ondas.

e) o infrassom é uma onda eletromagnética com frequência abaixo da audível.

7. A respeito das características das ondas, marque a alternativa errada.

a) Ondas sonoras e ondas sísmicas são exemplos de ondas mecânicas.

b) A descrição do comportamento das ondas mecânicas é feita pelas leis de Newton.

c) As ondas eletromagnéticas resultam da combinação de um campo elétrico com um campo magnético.

d) A descrição das ondas eletromagnéticas é feita por meio das equações de Maxwell.

e) Quanto à direção de propagação, as ondas geradas em um lago pela queda de uma pedra na água são classificadas como tridimensionais.

8. O som mais grave que o ouvido humano é capaz de ouvir possui comprimento de onda igual a 17 m. Sendo assim, determine a mínima frequência capaz de ser percebida pelo ouvido humano.

Dados: Velocidade do som no ar = 340 m/s

a) 10 Hz

b) 15 Hz

c) 17 Hz

d) 20 Hz

e) 34 Hz

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Ondulatória - Características e propriedades dos movimentos das ondas

A Ondulatória é a parte da Física responsável por estudar as características e propriedades dos movimentos das ondas.

Podemos classificar como uma onda qualquer perturbação ou vibração em um meio específico. As ondas produzem diversos movimentos, já que elas são formas de transmissão de energia (mecânica ou eletromagnética), como o movimento que ocorre quando lançamos uma pedra dentro de um rio.

Chamamos de Ondulatória a parte da Física que é responsável por estudar as características e propriedades em comum dos movimentos das ondas.

A onda não é capaz de originar-se sozinha, visto que ela apenas faz a transferência de energia cinética de uma fonte. Portanto, fonte é o objeto ou meio que pode criar uma onda.

As ondas podem ser classificadas segundo a natureza, o tipo de vibração e quanto à direção da propagação.

Quanto à natureza:

- Ondas mecânicas: Necessitam de um meio natural para propagar-se. Ex.: ondas sonoras.

- Ondas eletromagnéticas: Não precisam de um meio natural para propagar-se. Ex.: raio-x, ondas de rádio, luz, etc.

Quanto à direção de vibração:

- Ondas transversais: Vibram perpendicularmente à propagação. Ex.: Ondas do mar, ondas em cordas.

- Ondas longitudinais: Vibram de acordo com a propagação. Ex.: Ondas sonoras.

Quanto à direção de propagação:

- Unidimensionais: Propagam-se em apenas uma direção. Ex.: onda de uma corda.

- Bidirecionais: Propagam-se em até duas direções. Ex.: onda provocada pela queda de algum material na água.

- Tridimensionais: Propagam-se em todas as direções. Ex.: ondas sonoras.

Características das ondas

- Frequência: Representa o grau de oscilação dos pontos do meio no qual a onda propaga-se. A frequência de uma onda é medida em Hz (hertz), que equivale a 1 segundo. Portanto, se a frequência é de 75 Hz, podemos afirmar que a onda oscila 75 vezes por segundo. Outro fator importante é que o valor da frequência sempre é igual ao valor da fonte.

- Período: É o tempo que a fonte precisa para gerar uma onda completa. Relacionando a frequência (f) com o período (T), temos a seguinte equação:

- Comprimento da onda: É o tamanho da onda. Esse comprimento pode ser medido de crista a crista (parte mais alta da onda), do início ao fim, ou de vale a vale (parte mais baixa da onda). A crista da onda é denominada pela letra grega lambda (λ).

- Velocidade: É a velocidade que a onda leva para propagar-se. Para calcular a velocidade, temos a seguinte equação:

- Amplitude: É a distância entre a parte mais baixa (vale) e a parte mais alta (crista) da onda, ou seja, a “altura” da onda.
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Assistam os Vídeos

Noção de Carga Elétrica

O conhecimento de alguns fenômenos elétricos existe desde a Antiguidade. O filósofo grego Thales de Mileto (séc.VI a.C), por exemplo, observou que quando se atritava um pedaço de âmbar com uma pele de animal ele adquiria uma propriedade diferente, passando a atrair corpos leves como pedaços de palha, pelos de animais.

Pouco se descobriu, além disso, durante os 2000 anos seguintes. Em 1600, William Gilbert publica um livro em que retoma os estudos sobre eletricidade. Ele observou que vários outros corpos se comportavam como o âmbar quando atritados. A palavra grega correspondente a âmbar é eléktron. Assim, Gilbert usou o termo eletrizado para os corpos que passavam a apresentar a mesma propriedade do âmbar.

No século XVIII, o francês Charles François Du Fay mostrou a existência de dois tipos de força elétrica: uma de atração, já conhecida, e outra de repulsão. Continuando seus estudos, foi Benjamin Franklin quem atribuiu sinais - positivo e negativo - para distinguir os dois tipos de carga. Nessa época também, já haviam sido reconhecidas duas classes de materiais: isolantes e condutores.

Foi Benjamin Franklin quem demonstrou, pela primeira vez, que o relâmpago é um fenômeno elétrico, com sua famosa experiência com uma pipa (papagaio). Ao empinar a pipa num dia de tempestade (não tente fazer isso), conseguiu obter efeitos elétricos através da linha e percebeu, então, que o relâmpago resultava do desequilíbrio elétrico entre a nuvem e o solo. A partir dessa experiência, Franklin produziu o primeiro para-raios.

Modernamente sabemos que todas as substâncias podem ser eletrizadas, o que nos faz concluir que essa propriedade está relacionada com a matéria.

Somente com o avanço da teoria atômica, por volta de 1900, é que a eletrização pode ser finalmente entendida. Sabemos que as partículas constituintes da matéria são os prótons, nêutrons e elétrons. Somente os prótons e elétrons possuem carga elétrica; o nêutron é neutro. O elétron possui carga elétrica negativa e o próton possui carga elétrica positiva. Um corpo está neutro (não eletrizado) quando possui o mesmo número de prótons e elétrons. Ao atritarmos dois corpos, ocorre uma transferência de elétrons de um corpo para o outro. Aquele que perde elétrons fica eletrizado positivamente e aquele que recebe elétrons foca carregado negativamente.

Resumindo:

Carga elétrica é uma propriedade característica das partículas que constituem as substâncias (prótons e elétrons) e que se manifesta pela presença de forças de atração entre prótons e elétrons e de repulsão entre prótons entre si e elétrons entre si.

Princípios da Eletrostática

A Eletrostática estuda as cargas elétricas em repouso. Ela se fundamenta em dois princípios:

Princípio da Atração e Repulsão: “Cargas de sinais contrários se atraem e de sinais iguais se repelem”.

Princípio de Conservação da Carga: “Num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas positivas e negativas é constante”.

OBS.: A eletrização de um corpo não se dá pela criação de cargas elétricas: ele recebe ou perde elétrons, já que os prótons estão confinados no núcleo dos átomos.

OBS.: Lembre que um corpo neutro e um corpo eletrizado se atraem, devido à indução

Condutores e Isolantes

Quanto à liberdade de locomoção das cargas, um material pode ser condutor ou isolante.

Nos condutores há portadores de carga elétrica com liberdade de locomoção, já nos isolantes, os portadores de carga não possuem liberdade de locomoção. Nos metais, os portadores de carga que se movimentam são os elétrons livres.

São exemplos de condutores: metais, grafite, soluções iônicas, o corpo humano, a Terra. Quando um corpo eletrizado é ligado à Terra ele fica neutro.

Eletrização

A eletrização pode ocorrer através de três processos: atrito, contato e indução.

Por atrito há apenas transferência de elétrons de um corpo para o outro (os corpos adquirem cargas de mesmo módulo, mas de sinais contrários).