Exemplo - O pêndulo.

O pêndulo consiste basicamente de um objeto que oscila em torno de um ponto fixo. Veja a fotografia ao lado. O movimento pendular tem uma grande importância na história da Física.

Um dos primeiros cientistas a estuda-lo foi Galileu Galilei. Ele observou que, para oscilações de pequena amplitude, o movimento do pêndulo é periódico, isto é, o corpo fixado na extremidade da haste retorna para a posição de onde partiu em intervalos de tempo iguais.

Além disso, Galileu observou também que o comprimento da haste é proporcional ao quadrado do período de oscilação.

Galileu logo percebe que a  periodicidade da oscilação dos pêndulos poderia ser usada na construção de relógios. Em em 1657, Christiaan Huygens, físico holandês, aperfeiçoa a teoria de Galileu e dá inicio a construção de relógios com precisão suficiente para marcar minutos e segundos.

Os pêndulos também podem ser usados para fazer arte. No vídeo a seguir você verá uma instalação construída pelo professor Richard Berg, da Universidade de Maryland. Este aparato foi construído originalmente pelo grande físico e matemático alemão Ernst March.

A instalação consiste de 15 pêndulos que são postos a oscilar ao mesmo tempo. O pêndulo de maior comprimento tem frequência de 51 Hz. Pela ordem, os outros têm frequência diminuída de 1 Hz até o último deles, com 65 Hz.

O conjunto dos pêndulos, quando vistos pela lateral, reproduzem ondas, ondas estacionarias, batimentos e movimento caótico. Mais informações sobre a instalação veja o site da Harvard Natural Science Lectures clicando aqui.

Imagem do topo de página: Visite o site o pêndulo. Uma empresa de equipamentos científicos para educação.

Informação via: Open Culture. Um site de Dan Colman sobre cultura e educação.

Vídeo disponível no canal NatSciDemos do YouTube.

Exemplo - Ler os pensamentos e intenções de outro ser humano.

A muito se sabe que as atividades dos nossos neurônios são de natureza eletromagnética. Estes sinais geram um campo eletromagnético que pode ser captado externamente ao cérebro. Um dos processos usados é a de construção de imagens pela Ressonância Magnética Funcional.

Hoje, captar a atividade eletromagnética do cérebro é coisa do dia a dia. O problema é aprender a "ler" esses sinais. Em outras palavras: decodifica-los.

A equipe dos cientistas Shinji Nishimoto and Jack Gallant conseguiu construir um programa de computador que traduz essa atividade cerebral em imagens. Os voluntários foram submetidos à Ressonância Magnética enquanto assistiam filmes ou outro tipo de imagens em movimento. 

O computador junta as informações e cria uma espécie de dicionário que é usado para traduzir os sinais eletromagnéticos dos neurônios em imagens. Uma amostra do resultado é mostrado no vídeo abaixo. As imagens da esquerda são as que os voluntários vêem e as da direita são as "traduções" feitas pelo programa.

Enquanto isto, em Londres, os cientistas conseguiram um feito semelhante. Como sabemos, as ondas sonoras atingem os nossos ouvidos e são captadas como sinais elétricos pelo cérebro. Os cientistas captaram esses sinais elétricos da atividade cerebral e os transformaram novamente em som através de um programa de computador.

No vídeo, uma pessoa pronuncia a palavra "Waldo" e, logo após, o computador a reproduz a partir dos sinais eletromagnéticos emitidos pelo cérebro. Veja o vídeo da BBC NEWS:

Se estas pesquisas tiverem sucesso significa que se poderá, daqui a alguns anos, ver e ouvir todos os mais íntimos pensamentos de uma pessoa. Quer ela consinta, quer não.

Admirável mundo novo.

Para maiores informações consulte a postagem Phillip Yan para o blog da  revista Scientific American.

Vídeo disponível no canal Galantlabucb, no YouTube.

Exemplo - Os Primeiros sons gravados.

A. Grahan Bell

Logo após os experimentos de Thomas Edson que levaram a invenção do fonógrafo, três   grandes inventores americanos, A. Graham Bell, Chichester Bell e Charles S. Tainter, se uniram para trabalhar na pesquisa em telecomunicação e gravação do som.
 

O resultado foi a criação, em 1881, do Volta Laboratory Associates, situado em Georgetown, Washington, DC. Do laboratório saíram dezenas de patentes em telecomunicações e gravação sonora. Veja aqui.

Para garantir a prioridade, devido a intensa competição por patentes com o laboratório de Thomas Edson e o de Emile Berliner, Grahan Bell depositou no Smithsonian Museum 200 discos e cilindros com gravações feitas por um processo usando um feixe de luz. Veja bem: usando um feixe de  luz. Isto dezenas de anos antes da invenção do lazer e dos CD e DVD.

Esses artefatos são testemunhas de um tempo quando ainda não se tinha definido a mídia certa para receber as gravações sonoras. São discos  de diversos materiais: Borracha, cobre, vidro, cera de abelha, alumínio, estanho e bronze. Veja as fotos das mídias aqui.

A grande questão era: Afinal, o que estava gravado nos discos ? Quais os detalhes do processo de gravação?

Quanto ao método de gravação usando por Graham Bell ainda não se tem informações precisas mas as gravações foram recuperadas e com isto temos à disposição um registro dos primeiros sons gravados.

Em 2011, num trabalho conjunto do National Museum of American History, da Biblioteca do  Congresso Americano e Lawrence Berkeley National Laboratory, foram recuperadas as gravações contidas nesses discos. No vídeo abaixo temos uma das gravações. Um texto de William Shakespeare.

As gravações recuperadas dos demais discos podem ser ouvidas aqui.

Fonte: Physorg.com

Imagem do selo de A. Grahan Bell: stampboards.com

Exemplo - Gravação dos sons. A invenção do Fonógrafo.

T. Edson e o Fonógrafo.

No início dos tempos, muito antes dos ipods, iphones e ipads, não era possível gravar o som. A beleza de uma música só podia ser apreciada enquanto ela estava sendo executada, depois... só na lembrança.

A Vida num  mundo desse tipo deve ser esquisita!...Não?  Muito esquisita.

Você naturalmente sabe que o som é uma onda mecânica que se origina do movimento de uma superfície vibratória qualquer. Por exemplo: as suas cordas vocais.

O movimento vibratório das suas cordas vocais empurra o ar para frente e para trás. Isto dá origem a pequenas variações de pressão no ar que passa  por elas. Estas variações de pressão se propagam pelo ar e podem, eventualmente, alcançar outra pessoa.

O som, isto é, as variações na pressão do ar são coletadas pelos ouvidos desta pessoa e atingem uma outra membrana: o Tímpano. Com isto o Tímpano vibra. O movimento de vibração é transmitido ao cérebro por meio de um sinal elétrico. Do processamento do cérebro resulta o que você chama de som.

Em 1877, Thomas Alva Edson, trabalhando no Menlo Park Lab, pensou num processo semelhante para a gravação do som. Como resultado inventou o Fonógrafo.

Veja o aparelho na foto acima. Nela temos um cone estilizado que faz o papel do ouvido. Ele coleta o som que uma pessoa produz próximo a ele. O próprio Thomas Edson, na foto acima. Na parte final do cone temos uma membrana (no papel do Tímpano) conectada a uma ponta de metal.

Ao receber o som a membrana vibra. Com isto a ponta metálica vibra em sintonia, isto é, ela converte o som em impulsos mecânicos.

Esta ponta metálica é colocada em contato com um cilindro em rotação. Isto faz com que ela abra trilhas na superfície do cilindro. A forma dessas trilhas ( a profundidade, por exemplo) reproduz a vibração da membrana, isto é, o som. Veja foto ao lado.

Vamos fazer agora o processo inverso. Substituímos a ponta metálica por uma agulha e a colocamos sobre as trilhas. Depois giramos o cilindro.

O movimento da agulha pelas trilhas faz com que ela  reproduza a vibração da ponta metálica. Este movimento de sobe-e-desce da agulha é transmitido para a membrana e a faz vibrar  pois ela está ligada à agulha.

A vibração da membrana, por sua vez, faz o ar vibrar, convertendo impulso mecânico em som. Isto dá origem a uma onda sonora idêntica àquela coletada pelo cone no inicio do processo. O cone, agora, amplifica o som.

O vídeo abaixo, uma produção da Times Magazine, mostra, nesta ordem, os primeiros fonógrafos de Thomas Edson e  os primeiros esboços do invento. 

Ouve-se também uma gravação feita pelo próprio Thomas Edson em 1927. A seguir é feita uma  demostração, em laboratório, com um dos primeiros fonógrafos. Depois ouvimos o som dos primeiros fonógrafos comerciais.

Produção do vídeo: Times vídeo.

Imagens: Smithsonian Institution National Museum of Natural History.

Aula - Tipos de Reflexão da luz.

specularlobster

Se, ao incidir sobre a interface que separa dois meios de índice de refração distintos, os raios luminosos retornam ao meio original então afirmamos que a luz sofreu uma  reflexão.

A reflexão da luz pode ser de dois tipos dependendo da superfície sobre a qual ela incide: Reflexão Difusa ou reflexão especular. Tanto um como o outro estão submetidos à "Lei da Reflexão da Luz". O texto da lei você pode recordar  aqui.

A reflexão especular ocorre quando um feixe de luz incide sobre uma superfície lisa. Veja o vídeo abaixo. Neste caso, os raios luminosos são refletidos de maneira ordenada.

Um feixe de raios luminosos paralelos que incide sobre a superfície numa dada direção é refletido também como um feixe de raios paralelos. A superfície é chamada de espelho.

Quando olhamos para uma superfície deste tipo (especular) não percebemos a superfície mas a imagem da fonte da luz ou do objeto sobre o qual os raios foram refletidos pela última vez antes de incidir sobre o espelho.

A reflexão difusa, por outro lado, ocorre quando um feixe de luz incide sobre uma superfície rugosa. Veja o vídeo abaixo. Neste caso, os raios luminosos incidentes são refletidos sobre diversos ângulos, de maneira desordenada.

Um feixe de raios luminosos paralelos, por exemplo, que incida sobre a superfície rugosa são embaralhados e refletidos em diversas direções. Não formam mais um feixe de raios paralelos após a reflexão.

Quando olhamos para uma superfície deste tipo vemos a luz refletida pela superfície, isto é, vemos a própria superfície.

Embora os espelhos sejam dispositivos importantes e muito usados, a reflexão difusa da luz é muito mais importante para nós.

Quando a luz incide sobre um objeto parte dela é absorvida e parte é refletida (reflexão difusa). Cada objeto faz isto de maneira distinta. Ele absorve algumas cores e reflete outras.

Logo, esta luz da reflexão difusa carrega informação sobre o objeto de onde vem.

Ora, é através do sentido da visão que recebemos grande parte das informações que necessitamos para nos localizar no mundo. Essas informações são o resultado do processamento cerebral feito a partir  da luz coletada pelos olhos e proveniente da reflexão difusa da luz solar (ou de outra fonte) sobre os objetos do nosso ambiente.

Produção: Canal de specularlobster, Youtube.com

Exemplo - Aplicações da luz infravermelha na astronomia.

Nós, os mamíferos, recebemos grande parte das informações do mundo exterior através da visão.

A coisa funciona assim: A luz carrega informação sobre a fonte que a emite. Nossos cérebros recebem os dados da luz que nossos olhos coletam, processam a informação e criam para nós um mundo. Neste mundo nos situamos, neste mundo vivemos.

Entretanto, nossos olhos são capazes de trabalhar somente com uma estreita faixa do espectro eletromagnético. Esta faixa é chamada de luz visível. Para o resto do espectro somos cegos. Clique aqui para recordar o conceito.

Por que não usar as demais regiões do espectro eletromagnético para coletar informações?

Naturalmente é isto que acontece. Já estamos usando uma parte do espectro chamada  luz infravermelha em um grande número de aplicações como, por exemplo, nas telecomunicações e na astronomia. 

Se você desejar pode rever o conceito de luz infravermelha clicando aqui. Para rever o conceito de espectro eletromagnético clique aqui.

A Nasa está usando a luz infravermelha para detectar asteróides próximos à Terra. O projeto WISE (Wide Field Infrared Survey Explorer) utiliza-se de um telescópio em órbita que observa o espaço na faixa do infravermelho.

Este tipo de luz pode fornecer informações em situações em que a luz branca do sol é impotente. Por exemplo, na figura abaixo temos duas canecas iguais. Elas estão iluminadas com luz branca.

Uma delas está cheia com café bem quente. Você poderia identificar qual delas apenas observando a foto? Claro que não!. A caneca com café quente está emitindo luz infravermelha mas nossos olhos não enxergam nesta faixa de luz.

Vamos observar a mesma foto. Desta vez a iluminação é fornecida por uma fonte de luz infravermelha.

Agora podemos identificar a caneca com café quente. Ela aparece na cor branca, segura pela mão direita da mulher. A outra caneca aparece negra pois não emite luz infravermelha. Lembre-se, no entanto, que estas cores são falsas. 

Nestas fotografias adota-se uma escala de cores falsas com o objetivo de se conseguir uma melhor visualização: Quando mais próximo do branco mais intensa é a luz infravermelha.

Repare que o corpo da mulher emite radiação infravermelha mais intensa que a sua roupa. Do rosto, as partes mais frias são os cabelos e o nariz.

A animação abaixo, produzida pelo Laboratório de propulsão a jato, do Califórnia Institute of Technologhy, ilustra as vantagens do uso da luz infravermelha na astronomia. Neste caso trata-se da procura por asteróides.  Ela mostra dois asteróides semelhantes.

Eles estão iluminados pela luz solar. O da esquerda da página reflete fortemente a luz que recebe, por isto brilha; o da direita absorve a maior parte dela, por isto aparece quase negro. Esta propriedade se chama Albedo.

O asteróide que brilha possui albedo alto. Agora, na animação, eles são colocados a uma grande distância.

Como você notará, observando o vídeo, este tipo de asteróide é facilmente observado contra o fundo de estrelas fixas pois reflete grande parte da luz solar na faixa da luz visível. O outro asteróide, de baixo albedo, não pode ser observado pois absorve grande parte da luz que recebe.

Por outro lado, todos os asteróides enviam para o espaço, como energia térmica, grande parte da  energia recebida da luz solar. Esta radiação está na faixa do infravermelho.

A intensidade desta radiação não depende do albedo do asteróide mas do  seu tamanho. Repare, ao final do vídeo, que ambos os asteróides podem ser facilmente detectados quando observados na faixa do infravermelho.

Assim, telescópios que trabalham com luz infravermelha, como o WISE, são melhores para encontrar asteróides e para determinar o seu tamanho.

Produção da animação e mais informações: NASA/JPL-Caltech

Imagens das canecas e outros objetivos do WISE: Wide Infrared Survey Explorer

Exercício - Imagens em espelhos côncavos e em espelhos convexos.

Neste exercício vamos trabalhar a formação de imagens em espelhos esféricos sejam eles espelhos côncavos ou convexos.

Usaremos o trabalho do professor J.J. ROUSSEAU, da Faculté des Sciences exactes et naturelles, Université du Maine. O professor Rousseau é o responsável pelo Site Physique et simulations numériques no qual buscamos a animação vista  aqui.

Nela temos representado um espelho com o seu eixo principal. Veja a imagem abaixo. Sobre ele, como de costume, representamos o objeto por uma barra amarela e a imagem por uma barra azul. As extremidades do objeto, A, e da imagem,A', estão marcadas.

Como o objeto está sobre o eixo principal do espelho a sua imagem também estará. Assim, para desenha-la basta determinar a posição da imagem da extremidade A do objeto.

Isto é feito quando determinamos o ponto de intersecção do raio que passa pela extremidade superior do objeto (ponto A) e que incide sobre o espelho na direção paralela ao eixo com o raio que passa pela extremidade do objeto e incide sobre o vértice do espelho (Ponto S).

Espelhos esféricos.

Abra a animação. A região entre estes raios está marcada de vermelho. Sobre o eixo principal estão marcadas a distância focal (Ponto F) e o dobro dela. Na parte superior da animação está marcada as distâncias do objeto e da imagem ao espelho.

Selecione a caixa "miroir concave", espelho côncavo. Clique sobre o objeto e arraste para move-lo. Responda as seguintes perguntas:

• Arraste a imagem para o mais distante possível  do espelho e depois vá aproximando até chegar ao primeiro ponto marcado no eixo (dobro da distância focal). Classifique a imagem. Qual o comportamento da imagem à medida que o objeto se aproxima do espelho?
•  Coloque o objeto sobre o primeiro ponto marcado no eixo. Classifique a imagem.
• Vá aproximando o objeto até o foco. Classifique a imagem. Qual o seu comportamento? Ela aumenta de tamanho? Ela se move em que direção?
• Coloque o objeto sobre o foco. Classifique a imagem.
• Vá aproximando o objeto do espelho. Classifique a imagem. Qual o comportamento da imagem?

Marque agora a caixa "Moroir convexe" ( espelho convexo). Repita os passos anteriores e responda às questões. Quais as diferenças?

Marque agora a caixa "objet à infiniti" (objeto colocado no infinito, isto é, a uma distância grande do espelho). Selecione sucessivamente as caixas para  espelho côncavo e convexo.

Clique na linha amarela pontilhada e desloque o eixo. Note que neste casos as  imagens são formadas sobre o foco do espelho.

Imagens e applet: Physique et simulations numériques.

Aula - Imagem formada por uma lente convergente.

Vamos estudar a formação de imagens pelas lentes convergentes delgadas. Lentes como a da lupa manual mostrada na fotografia ao lado.

Observe a figura a seguir. Ela mostra uma lente convergente. Nela a reta horizontal representa o eixo principal da lente. Os pontos F1 e F2, marcados sobre o eixo, representam os focos da lente. Os pontos 2F1 e 2F2 marcam o dobro das distâncias focais.

O objeto está representado pela seta e colocado em frente a lente sobre o eixo principal. A sua imagem deverá ser formada também sobre esse eixo. Portanto, para determinar a imagem basta determinar um ponto, isto é, a ponta da seta.

Lente convergente e raios principais

Para marcar este ponto vamos usar três raios luminosos. O primeiro é o raio de cor verde. Ele tem direção paralela ao eixo principal da lente. Sabemos que incidirá sobre o outro foco depois de refratado.

O segundo é o raio luminoso vermelho. Ele incide sobre o centro da lente e, portanto, não sofre mudança de direção ao ser refratado por ela.

O terceiro raio, de cor preta, incide sobre um dos focos e, portanto, terá direção paralela ao eixo principal depois de refratado.

Os três raios se encontram num ponto: o topo da imagem.

O vídeo mostrado abaixo faz parte do site MySSC.in, do Maharashtra SSC Board. Nele é mostrada a formação da imagem por uma lente convergente de um objeto situado em cinco posições distintas.

Posição 01 - O objeto está colocado a uma distância maior que o dobro da distância focal da lente. Neste caso, a imagem estará localizada entre F1 e 2F2 e será de tamanho menor, real e invertida.

Posição 02 - O objeto está colocado a uma distância da lente igual ao dobro da distância focal. A imagem estará do outro lado da lente a uma mesma distância. Será do mesmo tamanho, real e invertida.

Posição 03 - O objeto é colocado entre 2F1 e o foco. A imagem será formada, do outro lado da lente, a uma distância maior que o dobro da distância focal. É real, de tamanho maior e invertida.

Posição 04 - Se o objeto está colocado sobre o foco a imagem se forma no infinito. É chamada imagem imprópria.

Posição 05 - O objeto é colocado entre o foco e a lente. Neste caso a imagem formada será de tamanho maior, direita e virtual.

Produção do vídeo: myssc.in Maharashtra SSC Board, Índia.

Imagem: publico.soblec.com.br

Aula - Lente Divergente.

Uma lente nada mais é que um pedaço de material transparente. As propriedades de uma lente são determinadas pela sua forma. A forma final da lente é atingida depois de um processo demorado de polimento da superfície do material.

É função de uma lente mudar as direção dos raios luminosos que passam através dela. Os raios podem ser dirigidos em direção do eixo principal da lente e, neste caso, ela é chamada de Lente Convergente. Ou podem ser dispersos. Neste caso a lente é chamada de Lente Divergente.

Em equipamentos como as máquinas fotográficas, os microscópios, os telescópios, trabalham conjuntos de lentes de diversas formas. Elas constroem estruturas complexas capazes de manipular a luz de maneira sofisticada. No ensino médio tratamos apenas dos tipos mais simples, isto é, de lentes delgadas (lentes finas).

Lente Divergente - Mostra um dos focos virtuais.

Observe a figura acima. Ela mostra uma lente divergente e um feixe de raios luminosos (linhas vermelhas) incidindo paralelamente ao eixo principal da lente. Repare como eles são espalhados. Nesta situação, o prolongamento dos raios (linha tracejada) convergem para um ponto chamado Foco virtual.

Como os raios são espalhados? Isto é o resultado da forma da lente e das duas refrações que o raio luminoso sofre ao entrar e sair da lente.

Detalhe de lente divergente.

O índice de refração do ar é menor que o da lente. Neste caso, o ângulo de incidência é maior que o ângulo de refração. Então, ao entrar na lente, o raio luminoso se aproxima da reta normal à superfície da lente no ponto de refração.

Observe a figura acima e, se desejar, recorde as definições desses ângulos aqui.

Ao sair, o raio passa de um meio com índice de refração maior para outro de índice menor. Neste caso, o ângulo de incidência é menor que o ângulo de refração. Então, ao sair, o raio luminoso se afasta da reta normal à superfície da lente.

Observe, mais uma vez, a figura acima.

Como resultado das duas refrações os raios luminosos divergem, isto é, eles se afastam do eixo principal da lente. Note que é a forma da lente que define a posição das retas normais e, em consequência, o espalhamento (divergência) dos raios luminosos.

Assista abaixo o vídeo que mostra um feixe de raios luminosos incidindo paralelamente ao eixo principal de uma lente divergente.

Note como os raios luminosos após sair da lente são espalhados. Repare ainda que o raio que incide sobre o eixo principal não sofre mudança de direção.

A relação entre o índice de refração da lente e o índice do meio em que ela está inserida também influi no comportamento ótico da lente. Veja aqui.



Imagem: Direção Geral da Saúde - Portugal.

Imagem dos óculos - miopia: 2cdefeitosdavisao.blogspot.com

Produção do vídeo: Kim Anh.
canal thienthanbongdem9999. no Youtube

Aula - Lente Convergente.

Uma lente nada mais é que um pedaço de material transparente. As propriedades de uma lente são determinadas pela sua forma. A forma final da lente é atingida depois de um processo demorado de polimento da superfície do material.

É função de uma lente mudar as direção dos raios luminosos que passam através dela. Os raios podem ser dirigidos em direção do eixo principal da lente. Neste caso ela é chamada de Lente Convergente. Ou podem ser dispersos . Neste caso a lente é chamada de Lente Divergente.

Em equipamentos como as máquinas fotográficas, os microscópios e os telescópios trabalham conjuntos de lentes de diversas formas. Elas constroem estruturas complexas capazes de manipular a luz de maneira sofisticada. No ensino médio tratamos apenas dos tipos mais simples, isto é, de lentes delgadas (lentes finas).

Vamos estudar aqui somente as lentes convergentes, como aquelas usadas nas Lupas (veja imagem acima). Considere um feixe de raios luminosos, em vermelho na figura abaixo, incidindo numa direção paralela ao eixo principal de uma lente convergente.

Lente convergente - Mostra um dos focos reais.

Cada raio luminoso sofre refração duas vezes. A primeira ao entrar na lente e a segunda ao sair. Disto resulta uma mudança na sua direção. Vamos observar uma lente convergente com mais cuidado.

Detalhe de uma lente convergente.

O índice de refração do ar é menor que o da lente. Neste caso, o ângulo de incidência é maior que o ângulo de refração. Então, ao entrar na lente, o raio luminoso se aproxima da reta normal à superfície da lente no ponto de refração. Observe a figura acima e, se desejar, recorde as definições desses ângulos aqui.

Ao sair, o raio passa de um meio com índice de refração maior para outro de índice menor. Neste caso, o ângulo de incidência é menor que o ângulo de refração. Então, ao sair, o raio luminoso se afasta da reta normal à superfície da lente. Observe, mais uma vez, a figura acima.

Como resultado das duas refrações os raios luminosos convergem para o eixo principal da lente. Note que é a forma da lente que define a posição das retas normais e, em consequência, a convergência dos raios luminosos.

A seguir, assista a um vídeo que mostra um feixe de raios luminosos incidindo paralelamente ao eixo principal de uma lente convergente. Nesta situação os raios convergente sobre um dos focos da lente. Repare ainda que o raio que incide sobre o eixo principal não sofre mudança de direção.

A relação entre o índice de refração da lente e o índice do meio em que ela está inserida também influi no comportamento ótico da lente. Veja aqui.



Imagem: Direcção Geral da Saúde - Portugal.

Imagem da Lupa: maldicaodafisica.blogspot.com

Produção do vídeo: Kim Anh.
canal thienthanbongdem9999. no Youtube

Exemplo - Imagem real de uma espelho côncavo.

Um dos aspectos interessantes dos espelhos esféricos é o processo de formação de uma imagem real, isto é, de uma imagem formada pelos próprios raios luminosos e não pelo seus prolongamentos depois de refletidos pelo espelho.

Uma imagem desse tipo pode ser vista, mesmo sem um anteparo, e não se distingue do objeto a não ser quando tocada. Claro, isto se presta a uma série de truques como o que é mostrado nos vídeos abaixo. Neste caso,o truque consiste em acender uma lâmpada que não existe.

Vejamos como isto é possível.

Para  um objeto,  na frente de um espelho esférico côncavo, colocado sobre o seu  eixo principal e a uma distância igual ao raio do espelho, isto é, sobre o centro de curvatura, a imagem produzida será real, invertida e do mesmo tamanho. Ela também estará localizada sobre o centro de curvatura do espelho.

Nos vídeos, utiliza-se dessa propriedade da ótica geométrica. Dentro da caixa de madeira, uma lâmpada, seu bocal e a fiação elétrica, são colocados sobre o centro de curvatura de um espelho côncavo. O conjunto é montado de cabeça para baixo.

Na parte de fora da caixa, ainda sobre o centro de curvatura, é montado um bocal idêntico. Quando o sistema é ligado à rede elétrica uma imagem real da lâmpada acesa se forma sobre o bocal vazio.

Pronto, está acesa uma lâmpada que não existe. Observe os vídeos com cuidado. A imagem da lâmpada formada sobre o bocal, no lado de fora da caixa, é real, do mesmo tamanho e invertida.

Note: a imagem é formada sobre o bocal e não "dentro" do espelho.





Produção do vídeo: Canal de physicsclassroomLIVE para o canal The Physics Classroom, no Youtube.

Exemplo - O foco de um espelho curvilíneo.

Considere um feixe de raios luminosos provenientes de uma fonte situada  bem distante de um espelho curvilíneo. Nesta condição os raios luminosos que alcançam o espelho têm a mesma direção, isto é, são paralelos.

Se, além disto, eles incidem sobre o espelho numa direção paralela ao eixo principal, então, chamamos de ponto focal ou foco do espelho curvilíneo o ponto para onde os raios convergem depois de refletidos pelo espelho. Veja a foto acima.

Se o espelho for convexo a definição ainda se aplica mas, neste caso, devemos considerar como foco o ponto de convergência do prolongamento dos raios refletidos.

Para demonstrar o conceito vamos utilizar o vídeo da professora Rosa Brígida, do Instituto politécnico de Tomar, Portugal. No vídeo vários raios luminosos incidem sobre um espelho côncavo, paralelamente ao eixo principal do espelho.

Observe o raio que incide sobre o eixo principal. Note que ele passa pelo centro de curvatura do espelho e, portanto, reflete sobre si mesmo. Repare ainda como os outros raios são refletidos e como convergem sobre um ponto sobre o eixo principal do espelho.

Este ponto é o foco.

Exemplo - Lei da Reflexão da luz.

Observe a fotografia ao lado. Nela, parte dos raios luminosos do sol foram refletidos pela superfície da água e atingiram a lente da câmara.

Para estudar este fenômeno são necessários os conceitos de ângulo de reflexão e ângulo de incidência. Estude os detalhes aqui.

Os ângulos são medidos a partir da reta normal à superfície no ponto de incidência do raio luminoso. Veja aqui os detalhes da Lei que rege este fenômeno.

Observe o vídeo abaixo. Nele temos uma fonte que emite um raio luminoso na direção de um espelho colocado na parte central de uma escala de um transferidor ( medidor de ângulos ). O raio incide sobre o ponto central do espelho e é refletido.

O operador repete a experiência variando o ângulo de incidência em 15° de cada vez. Começa com um ângulo de 15° e vai até 75°.

Observe com cuidado, a cada repetição, a medida do ângulo de reflexão. Note que ela, como afirma a lei mencionada acima, é sempre a mesma do ângulo de incidência.

Produção do vídeo: Canal Kokpin, You Tube.

Imagem: techphotu.wordpress.com

Aula - A Lei da Reflexão da Luz.

Na Ótica geométrica afirmamos que a luz é constituída por um conjunto de raios luminosos que se propagam em linha reta pelo espaço.

Por favor !! Não me pergute o que é, exatamente, um raio luminoso.

Quando um raio luminoso incide sobre a superfície que separa dois meios distintos, três coisas podem acontecer:

O raio é absorvido pelo novo meio; o raio atravessa o novo meio e, finalmente, o raio é refletido para o meio original, isto é, eles bate e volta.

Neste caso seu comportamento é governado pela Lei da Reflexão da Luz.

Imagem: ocomprimentodacor.blogspot.com

Aula - O espectro eletromagnético.

Quando aceleramos uma partícula que possui carga elétrica ela emite energia para o espaço a sua volta. Este tipo de fenômeno tem muitas semelhanças com uma onda na superfície da água.

Estas ondas são causadas pela variação do campo elétrico e do campo magnético da partícula e são, portanto, chamadas de ondas eletromagnéticas. Elas têm duas características notáveis:

• Uma onda na superfície da água necessita dela para se propagar. Se não há água não existe onda. As ondas eletromagnéticas, no entanto,  têm a propriedade de se propagar no vácuo.
• As ondas eletromagnéticas são o que existe de mais veloz na natureza. No vácuo, elas se propagam na velocidade da luz.

Imagine uma partícula com carga elétrica num movimento de "vai-e-vem". Esse movimento tem uma frequência que, por sua vez, é a frequência da onda que a partícula emite. Ao conjunto de ondas de todas as frequências possíveis chamamos de "espectro eletromagnético".

Um pequeno intervalo dessas frequências são capazes de sensibilizar as células da retina dos nosso olhos. Nosso cérebro processa essas informações e nos as percebemos  como as cores mostradas abaixo. Essa parte do espectro eletromagnético é chamado "espectro visível da luz".

Nós usamos as ondas eletromagnéticas para transportar informação e essa aplicação tecnológica determinou a divisão do espectro em várias regiões: ondas de rádio, micro-ondas, televisão,etc.

Abra a animação. Ela foi preparada pelo CPTEC ( Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos ) do INPE ( Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais ) e mostra as faixas de frequências em que está dividido o espectro eletromagnético bem como as características de cada uma delas.

Aula - O balanço de radiação no sistema Terrestre.

Responda uma a curiosidade minha?

- Neste sol de verão, se você fica exposto à luz solar por algumas horas a sua pele ganha um bronzeado bonito. No entanto, se a exposição dura mais tempo é quase certo de você se queime.

- Pense comigo: Nosso planeta está exposto ao sol por bilhões de anos. Então, por que não se queimou?

Sabemos que a energia se conserva, isto é, não pode ser destruída. Como a Terra recebe energia do sol de forma contínua e ainda assim consegue  manter a sua temperatura média razoavelmente constante ao longo do tempo então... A energia deve estar indo para algum lugar!

Este lugar é o espaço. O espaço em volta do planeta está a uma temperatura média de -272°C. A temperatura média do nosso planeta é de 15°C. Esta diferença de temperatura permite a Terra transferir energia para o espaço na forma de calor.Com isto o planeta (e você junto com ele) não vira churrasquinho queimado.

Este processo se chama "balanço de radiação do sistema terrestre". A Terra recebe energia do sol sob a forma de radiação ondas curtas. Esta energia move nosso ecossistema. Parte dela, por exemplo, fica retida na forma de biomassa. Depois, a energia é lançada para o espaço na forma de radiação de ondas longas.

Assim, a temperatura média do planeta se mantém constante e você pode continuar indo à praia pegar um bronzeado...Usando protetor solar, claro. Pois afinal você gosta e  sabe um pouco de física.

Mas antes da diversão, por favor, assista a animação sobre o balanço de radiação do sistema Terrestre feito pelo CPTEC, o Centro de Previsão e Estudos Climáticos do INPE.

Aula - A natureza da radiação eletromagnética.

Afinal de contas: De que é feito a luz?

Uma resposta irônica mas não de todo errada é: A luz, nas segundas, terças e quartas é feita de partículas. Nas quintas, sextas e sábados é uma onda. E nos domingos ela descansa pois ninguém é de ferro.

Sir Isaac Newton pensava que a luz era feita de partículas. Partículas muito, muito pequenas. Esta maneira de pensar explicava o comportamento da luz que então se conhecia.

Com o tempo foi-se descobrindo que a luz, em certas situações, se comportava de uma maneira que era muito difícil de explicar pensando nela como feita de partículas. Ela sofria difração, por exemplo. Em outras palavras, a luz se comportava como uma onda. Era o que afirmava Christian Hygens, matemático, astrônomo e físico holandês.

Hoje, qual o nosso entendimento sobre a natureza da luz, isto é, sobre a natureza da radiação eletromagnética?

Abra a animação. Temos uma apresentação do Cptec, centro de estudos climáticos do INPE.

Veja que ainda hoje a natureza da luz é objeto de intensa pesquisa e que o seu comportamento estranho fala mais sobre as nossas limitações do que sobre a natureza. Em outras palavras: Talvez as nossas perguntas estejam sendo feitas da maneira errada.

Se perguntamos de uma determinada maneira a luz responde com um comportamento ondulatório. Se a pergunta, isto é, o experimento é feito de outra maneira prevalece o comportamento de partícula.

Estranho? Sim, é estranho. No entanto, o importante é que a teoria ( Mecânica Quântica ) funciona.

Pensando na luz como uma onda podemos aproveitar para fazer um exercício. Use a equação da velocidade de propagração apresentada. Observe ainda um aspecto interessante: A luz varia a sua velocidade quando muda o meio em que ela se propaga.

Abra a animação. Regule a altura do som e clique em "avançar" ao fim de cada página.

Imagem 02: Christian Huygens,via commons.wikimedia.org

Imagem 01:Isaac Newton, via virtualmuseum.ca

Aula - Efeito Doppler

Você certamente já observou que o som da sirene de uma ambulância que passa em alta velocidade lhe parece mais agudo quando ela se aproxima e mais grave quando ela se afasta. Este efeito é uma característica observada nas ondas quando emitidas ou refletidas por um objeto que está em movimento em relação ao observador.

Chama-se Efeito Doppler e foi nomeado em homenagem a Johann Christian A. Doppler, que o descreveu teoricamente pela primeira vez em 1842.

O efeito Doppler se caracteriza pela variação da frequência de uma onda quando percebida por um observador em movimento relativo em relação à fonte emissora da onda.

Vamos usar uma animação para verificar com se dá este efeito. Temos uma fonte de ondas circular ( círculo vermelho ) que pode ser colocada em movimento. No controle à direita temos um regulador da velocidade da fonte. A unidade usada é o número de March. Ele fornece a razão entre a velocidade da fonte e a velocidade da onda. Assim March 1.0 significa que a fonte tem velocidade igual a velocidade da onda.

À esquerda temos um medidor da frequência da fonte e da frquência detectada pelo microfone ( o observador ). Você deve clicar sobre ele e arrasta-lo. O número de "bips" por segundo fornece a frequência detectada.

Coloque a velocidade da fonte em zero e clique em ">". Mova o microfone para perto e ao redor da fonte. Você perceberá que os "bips" são emitidos no mesmo ritmo em qualquer posição do microfone. A frequência da fonte é a mesma que é detectada pelo microfone.

Coloque a velocidade da fonte entre 0,5 e 1.0 Mach. Mova o fone ao redor da fonte em movimento. Observe pelo som e pelo medidor que a frequência detectada é maior que a da fonte quando ele é colocado na frente da fonte e menor quando ele é colocado atrás dela. No caso da ambulância temos na frente som agudo ( maior frequência ) e atrás som grave ( menor frequência ).

Na animação coloque a velocidade em Mach 1.0 e, em seguida, note que a fonte tem a mesma velocidade da onda. Agora coloque a a velocidade acima Mach 1.0 e note a formação de um cone. Ele é chamado "Cone de Mach". É uma onda de choque que, no caso das ondas sonoras, nós percebemos como um estrondo quando um avião ultrapassa a barreira do som.

Exemplo - Reflexão e refração da luz.

Três opções existem quando a luz atinge a interface que separa o meio em que ela está se propagando de outro meio. Ela pode ser absorvida pelo novo meio material; ela pode ser refletida de volta ao antigo meio e, finalmente, ela pode ser refratada para o novo meio. De uma maneira geral as três coisas acontecem ao mesmo tempo.

Observe a foto da tartaruga marinha exposta abaixo. A fonte primária de luz é o sol. Os três processos estão ocorrendo simultaneamente. Parte da luz solar que incide na superfície da água é absorvida por ela. Parte da energia da luz é transferida para a água. Esta energia aparece na forma de calor: a água esquenta.

A outra parte da luz é refletida e espalhada pela superfície do mar. Um observador fora da água observa o brilho desta luz. A última parte é refratada e percorre a água até atingir a tartaruga.

Uma parte da luz que atinge o corpo da tartaruga é absorvida por ele. Ela sente o calor do sol. Outra parte é refletida e se espalha pela água.

Uma parte desta luz espalhada atinge a máquina fotográfica e produz a foto que vemos. Uma segunda parte é refletida na superfície da água pela parte de dentro e aparece na foto como as várias imagens invertidas da tartaruga. Uma outra parte desta luz é refratada para fora d'água e fornece a quem observa de fora uma outra imagem da tartaruga.

Ufa! Tudo isto para ver uma tartaruga nadando?

imagem menor: Prainha do rio Jacuí (luz espalha pela superfície da água), foto de Marcelo Cairuga.

Aula - Espectro da luz visível

A natureza da luz aguçou a imaginação humana por toda a história. Milhares de pessoas, entre religiosos e filósofos, ao longo do tempo tentaram responder a pergunta:

- Afinal, o que é a luz?

O começo da resposta veio de um brinquedo vendido nas feiras das cidades europeias: Um pedaço de vidro que, exposto ao sol, produzia cores interessantes.

Newton comprou um destes prismas. Levou para casa e, num quarto escuro, deixou passar por ele um feixe de luz do sol vindo de uma fresta da janela. O que ele viu parecia um fantasma colorido. Ele o chamou de espectro.

Note, Newton não tinha ideia da natureza da luz. Ele, como todos os seus contemporâneos, não sabia o que era a luz. No entanto, Newton começava a entender como ela se comportava.


Como resultado das suas experiências com o prisma Newton percebeu que a luz solar ( chamada de luz branca ) é, na verdade, a mistura de todas as cores. Do vermelho passando pelo laranja, verde, azul, indo até o violeta profundo. O prisma, observou ele, nada mais faz que espalhar, ou separar, a luz visível nas suas diversas cores.

Hoje, sabemos que a luz visível é apenas uma parte dos possíveis comprimentos de ondas da radiação eletromagnética. Uma pequena parte, na verdade.

A nossa estrela, o sol, emite ondas eletromagnéticas numa ampla faixa de comprimentos de onda. Esta emissão é mais intensa na faixa de comprimentos de onda que vai de 400 a 700 nanômetros aproximadamente. Nós evoluímos de tal maneira que esta faixa de comprimentos de onda é capaz de excitar as células fotossensíveis da retina dos nossos olhos e, como resultado, o que vemos são estas cores:





À direita da figura estão os maiores comprimentos de onda. Nós os percebemos como a cor vermelha. Logo a seguir temos a faixa de comprimentos de onda imediatamente maiores. Ela corresponde às ondas emitidas pelos átomos aquecidos dos materiais.

Esta faixa é chamada de luz infravermelha. Não podemos percebe-la pela visão mas a sentimos pelo tato. Corresponde a sensação que sentimos através da pele quando estamos próximos de um forno aquecido.

À esquerda da figura estão os menores comprimentos de onda da luz visível. Nós os percebemos como a cor violeta. A faixa de comprimentos de onda que vem a seguir não pode ser vista por nós.

Esta faixa é chamada luz ultravioleta. Ela corresponde aos comprimentos de onda emitidos pelos átomos excitados dos materiais como os átomos do gás de uma lâmpada de vapor de mercúrio. Ela está presente também na luz solar. Dependendo da quantidade esta radiação pode ser perigosa para a saúde humana.