ONDAS ELETROMAGNÉTICAS

INTRODUÇÃO

É importante tomarmos consciência de como estamos imersos em ondas eletromagnéticas. Iniciando pelos Sol, a maior e mais importante fonte para os seres terrestres, cuja vida depende do calor e da luz recebidos através de ondas eletromagnéticas.
Além de outras, recebemos também: a radiação eletromagnética emitida, por átomos de hidrogênio neutro que povoam o espaço interestelar da nossa galáxia; as emissões na faixa de radiofrequências dos "quasares" (objetos ópticos que se encontram a enormes distâncias de nós, muito além de nossa galáxia, e que produzem enorme quantidade de energia); pulsos intensos de radiação dos "pulsares" (estrelas pequenas cuja densidade média é em torno de 10 trilhões de vezes a densidade média do Sol).

 
Essas radiações são tão importantes que deram origem a uma nova ciência, a Radioastronomia, que se preocupa em captar e analisar essas informações obtidas do espaço através de ondas.
Há ainda as fontes terrestres de radiação eletromagnética: as estações de rádio e de TV, o sistema de telecomunicações à base de microondas, lâmpadas artificiais, corpos aquecidos e muitas outras.

A primeira previsão da existência de ondas eletromagnéticas foi feita, em 1864, pelo físico escocês, James Clerk Maxwell . Ele conseguiu provar teoricamente que uma perturbação eletromagnética devia se propagar no vácuo com uma velocidade igual à da luz.
E a primeira verificação experimental foi feita por Henrich Hertz, em 1887. Hertz produziu ondas eletromagnéticas por meio de circuitos oscilantes e, depois, detectou-se por meio de outros circuitos sintonizados na mesma frequência. Seu trabalho foi homenageado posteriormente colocando-se o nome "Hertz" para unidade de frequência.
LEIS DE MAXWELL
Maxwell estabeleceu algumas leis básicas de eletromagnetismo, baseado nas já conhecidas anteriormente, como a Lei de Coulomb, a Lei de Ampère, a Lei de Faraday, etc.
Na realidade , Maxwell reuniu os conhecimentos existentes e descobriu as correlações que havia em alguns fenômenos, dando origem à teoria de que eletricidade, magnetismo e óptica são de fato manifestações diferentes do mesmo fenômeno físico.
O físico inglês Michael Faraday já havia afirmado que era possível produzir um campo a partir de um campo magnético variável.
Imagine um imã e um anel:

Considere o imã perpendicular ao plano do anel. Movendo-se ou o imã ou o anel, aparecerá uma corrente no anel, causado por um campo elétrico criado devido à variação do fluxo magnético no anel.
Maxwell verificou que o contrário também era possível. Um campo elétrico variável podia gerar um campo magnético.
Imagine duas placas paralelas sendo carregadas progressivamente:

Ao crescerem as cargas das placas, o campo elétrico aumenta, produzindo uma campo magnético (devido a variação do campo elétrico).
Embora Maxwell tenha estabelecido quatro equações para descrever os fenômenos eletromagnéticos analisados, podemos ter uma noção de sua teoria baseados em duas conclusões:

• Um campo elétrico variável no tempo produz um campo magnético.
• Um campo magnético variável no tempo produz um campo elétrico.

A GERAÇÃO DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
Imagine uma antena de uma estação de rádio:

Na extremidade da antena existe um fio ligado pelo seu centro a uma fonte alternada (que inverte o sentido a intervalos de tempo determinados). Num certo instante, teremos a corrente num sentido e, depois de alguns instantes, a corrente no outro sentido.
A velocidade de propagação de uma onda eletromagnética depende do meio em que ela se propaga.
Maxwell mostrou que a velocidade de propagação de uma onda eletromagnética, no vácuo, é dada pela expressão:

onde é a permissividade elétrica do vácuo e é a permeabilidade magnética do vácuo.
Aplicando os valores de e de na expressão acima, encontra-se a velocidade:

ou

(valor exato)

que é igual a velocidade da luz. Nisso Maxwell se baseou para afirmar que a luz também é uma onda eletromagnética.
Podemos resumir as características das ondas eletromagnéticas no seguinte:

• São formadas por campos elétricos e campos magnéticos variáveis.
• O campo elétrico é perpendicular ao campo magnético.
• São ondas transversais (os campos são perpendiculares à direção de propagação).
• Propagam-se no vácuo com a velocidade "c" .
• Podem propagar-se num meio material com velocidade menor que a obtida no vácuo.

Com isto, o campo elétrico ao redor do fio em um certo instante estará apontando num sentido e, depois, no sentido contrário.
Esse campo elétrico variável (E) irá gerar um campo magnético (B) , que será também variável. Por sua vez, esse campo magnético irá gerar um campo elétrico. E assim por diante .... Cada campo varia e gera outro campo que, por ser variável, gera outro campo: e está criada a perturbação eletromagnética que se propaga através do espaço, constituída pelos dois campos em recíprocas induções.

Note que o campo elétrico é perpendicular à direção de propagação e o campo magnético também, o que comprova que a onda eletromagnética é uma onda transversal.
Além disso, o campo elétrico é perpendicular ao campo magnético, o que podemos verificar facilmente: quando um fio é percorrido por cargas em movimento, o campo elétrico num ponto próximo ao fio pertence ao plano do fio, enquanto o campo magnético está saindo ou entrando neste plano.

 
ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO
A palavra espectro (do latim "spectrum", que significa fantasma ou aparição) foi usada por Isaac Newton, no século XVII, para descrever a faixa de cores que apareceu quando numa experiência a luz do Sol atravessou um prisma de vidro em sua trajetória.
Atualmente chama-se espectro eletromagnético à faixa de frequências e respectivos comprimentos de ondas que caracterizam os diversos tipos de ondas eletromagnéticas.
As ondas eletromagnéticas no vácuo têm a mesma velocidade , modificando a frequência de acordo com espécie e, consequentemente, o comprimento de onda.

** As escalas de frequência e comprimento de onda são logarítmicas.
Fisicamente, não há intervalos no espectro. Podemos ter ondas de qualquer frequências que são idênticas na sua natureza, diferenciando no modo como podemos captá-las.
Observe que algumas frequências de TV podem coincidir com a frequência de FM. Isso permite algumas vezes captar uma rádio FM na televisão ou captar um canal de TV num aparelho de rádio FM.

CARACTERÍSTICAS DAS PRINCIPAIS RADIAÇÕES
Ondas de Rádio
"Ondas de rádio" é a denominação dada às ondas desde frequências muito pequenas, até 1012 Hz , acima da qual estão os raios infravermelhos.
As ondas de rádio são geradas por osciladores eletrônicos instalados geralmente em um lugar alto, para atingir uma maior região. Logo o nome "ondas de rádio" inclui as microondas, as ondas de TV, as ondas curtas, as ondas longas e as próprias bandas de AM e FM.
Ondas de rádio propriamente ditas
As ondas de rádio propriamente ditas, que vão de 104 Hz a 107 Hz , têm comprimento de onda grande, o que permite que elas sejam refletidas pelas camadas ionizadas da atmosfera superior (ionosfera).

Estas ondas, além disso, têm a capacidade de contornar obstáculos como árvores, edifícios, de modo que é relativamente fácil captá-las num aparelho rádio-receptor.
Ondas de TV
As emissões de TV são feitas a partir de 5x107 Hz (50 MHz) . É costume classificar as ondas de TV em bandas de frequência (faixa de frequência), que são:

• VHF : very high frequency (54 MHz à 216 MHZ è canal 2 à 13)
• UHF : ultra-high frequency (470 MHz à 890 MHz è canal 14 à 83)
• SHF : super-high frequency
• EHF : extremely high frequency
• VHFI : veri high frequency indeed

As ondas de TV não são refletidas pela ionosfera, de modo que para estas ondas serem captadas a distâncias superiores a 75 Km é necessário o uso de estações repetidoras.

 

Microondas
Microondas correspondem à faixa de mais alta frequência produzida por osciladores eletrônicos. Frequências mais altas que as microondas só as produzidas por oscilações moleculares e atômicas.
As microondas são muito utilizadas em telecomunicações. As ligações de telefone e programas de TV recebidos "via satélite" de outros países são feitas com o emprego de microondas.

As microondas também podem ser utilizadas para funcionamento de um radar. Uma fonte emite uma radiação que atinge um objeto e volta para o ponto onde a onda foi emitida. De acordo com a direção em que a radiação volta pode ser descoberta a localização do objeto que refletiu a onda.

Luz visível
Note que nosso olho só tem condições de perceber frequências que vão de 4,3x1014 Hz a 7x1014 , faixa indicada pelo espectro como luz visível.
Nosso olho percebe a frequência de 4,3x1014 como a cor vermelha. Frequências abaixo desta não são visíveis e são chamados de raios infravermelhos , que têm algumas aplicações práticas.
A frequência de 7x1014 é vista pelo olho como cor violeta. Frequências acima desta também não são visíveis e recebem o nome de raios ultravioleta. Têm também algumas aplicações.
A faixa correspondente à luz visível pode ser subdividida de acordo com o espectro a seguir.

Raios X
Os raios X foram descobertos, em 1895, pelo físico alemão Wilhelm Röntgen. Os raios X têm frequência alta e possuem muita energia. São capazes de atravessar muitas substâncias embora sejam detidos por outras, principalmente pelo chumbo.
Esses raios são produzidos sempre que um feixe de elétrons dotados de energia incidem sobre um obstáculo material. A energia cinética do feixe incidente é parcialmente transformada em energia eletromagnética, dando origem aos raios X.
Os raios X são capazes de impressionar uma chapa fotográfica e são muito utilizados em radiografias, já que conseguem atravessar a pele e os músculos da pessoa, mas são retidos pelos ossos.

Os raios X são também bastante utilizados no tratamento de doenças como o câncer. Têm ainda outras aplicações: na pesquisa da estrutura da matéria, em Química, em Mineralogia e outros ramos.
Raios Gama
As ondas eletromagnéticas com frequência acima da dos raios X recebe o nome de raios gama (g ).
Os raios g são produzidos por desintegração natural ou artificial de elementos radioativos.

Um material radioativo pode emitir raios g durante muito tempo, até atingir uma forma mais estável.
Raios g de alta energia podem ser observados também nos raios cósmicos que atingem a alta atmosfera terrestre em grande quantidade por segundo.
Os raios g podem causar graves danos às células, de modo que os cientistas que trabalham em laboratório de radiação devem desenvolver métodos especiais de detecção e proteção contra doses excessivas desses raios.

ILUSÕES DE ÓPTICA

Ilusão de óptica são imagens que enganam a visão humana, fazendo com que o ser humano veja coisas que não estão presentes, ou fazendo-os ver coisas de forma errada. Normalmente são figuras que podem ter várias interpretações, podem surgir naturalmente ou até serem criadas.

As ilusões se tornam divertidas, pois combinam dois tipos de elementos: os elementos claros, que são aqueles que se percebem logo que se vê, e os elementos surpresa, que são aqueles que aparecem na medida em que se observa o desenho com mais atenção. Estamos rodeados de ilusões de óptica e a televisão é um exemplo disso, pois trata-se de um conjunto de imagens estáticas que parecem ter movimento quando são apresentadas de forma rápida. É o cérebro humano que faz a montagem de todas essas imagens e as observa de forma mais lenta em relação a como ela é mostrada. As ilusões de óptica podem surgir naturalmente ou serem criadas por astúcias visuais específicas que demonstram certas hipóteses sobre o funcionamento do sistema visual humano. Imagens que causam ilusão de óptica são largamente utilizados nas artes.

A nossa percepção do mundo é em grande parte auto-produzida. Os estímulos visuais não são estáveis: por exemplo, os comprimentos de onda da luz refletida pelas superfícies mudam com as alterações na iluminação. Contudo o cérebro atribui-lhes uma cor constante. Uma mão a gesticular produz uma imagem sempre diferente e, no entanto, o cérebro classifica-a consistentemente como uma mão. O tamanho da imagem de um objeto na retina varia com a sua distância, mas o cérebro consegue perceber qual é o seu verdadeiro tamanho. A tarefa do cérebro é extrair as características constantes e invariantes dos objetos a partir da enorme inundação de informação sempre mutável que recebe. O cérebro pode também deduzir a distância relativa entre dois objetos quando há sobreposição, interposição ou oclusão. E pode deduzir a forma de um objeto a partir das sombras. O que implica uma aprendizagem da perspectiva linear. No entanto, existem vários tipos de ilusões de distância e profundidade que surgem quando esses mecanismos de dedução inconsciente resultam em deduções errônea.

A imagem da retina é a fonte principal de dados que dirige a visão, mas o que nós vemos é uma representação virtual 3D da cena em frente a nós. Não vemos uma imagem física do mundo, vemos objetos. E o mundo físico em si não está separado em objetos. Vemos o mundo de acordo com a maneira como o nosso cérebro o organiza. O processo de ver é um de completar o que está em frente a nós com aquilo que o nosso cérebro julga estar a ver. O que vemos não é a imagem na nossa retina - é uma imagem tridimensional criada no cérebro, com base na informação sobre as características que encontramos, mas também com base nas nossas opiniões sobre o que estamos a ver.

O que vemos é sempre, em certa medida, uma ilusão. A nossa imagem mental do mundo só vagamente tem por base a realidade. Porque a visão é um processo em que a informação que vem dos nossos olhos converge com a que vem das nossas memórias. Os nomes, as cores, as formas usuais e a outra informação sobre as coisas que nós vemos surgem instantaneamente nos nossos circuitos neuronais e influenciam a representação da cena. As propriedades percebidas dos objetos, tais como o brilho, tamanho angular, e cor, são determinadas inconscientemente e não são propriedades físicas reais. As ilusões surgem quando os julgamentos implícitos na análise inconsciente da cena entram em conflito com a análise consciente e raciocinada sobre ela.

A interpretação do que vemos no mundo exterior é uma tarefa muito complexa. Já se descobriram mais de 30 áreas diferentes no cérebro usado para o processamento da visão. Umas parecem corresponder ao movimento, outras à cor, outras à profundidade (distância) e mesmo à direção de um contorno. E o nosso sistema visual e o nosso cérebro tornam as coisas mais simples do que aquilo que elas são na realidade. E é essa simplificação, que nos permite uma apreensão mais rápida (ainda que imperfeita) da realidade exterior, que dá origem às ilusões de óptica.

Leia o texto a seguir, mesmo que no princípio pareça meio estranho. Nele mesmo você encontrará a explicação.

Texto 1

Cnofrome um etsduo de uma uvinesriadde ignlsea, tntao faz a sqeünêica em que as ltreas se ecnonrtem nas plaarvas. O úicno foatr ioptrmatne é que a pmirirea e a úmtlia ltrea etseajm no dvedio lgaur. O rsteo pdoe etsar em ttoal dseroedm que msmeo aissm cnsoeuigoms ler.

Itso se dvee ao ftao de não lromes as ltreas mas sim as plaarvas itnreias.

Texto 2

Se você conseguir ler as primeiras palavras, o seu cérebro decifrará também todas as demais.

3M UM D14 D3 V3R40, 3574V4 3U N4 PR414, 0853RV4ND0 DU45 CR14NC45 8R1NC4ND0 N4 4R314. 3L45 7R484LH4V4M MU170, C0N57RU1ND0 UM C4573L0 D3 4R314 C0M 70RR35, P4554R3L45 3 P4554G3NS 1N73RN45. QU4ND0 3575V4M QU453 4C484ND0, V310 UM4 0ND4 3 D357RU1U 7UD0, R3DU21ND0 0 C4573L0 4 UM M0N73 D3 4R314 3 35PUM4. 4CH31 QU3, D3P015 D3 74N70 35F0RC0 3 CU1D4D0, 45 CR14NC45 C41R14M N0 CH0R0, M45 40 CON7R4R10, C0RR3R4M P3L4 PR414 D3 M405 D4D45, FUG1ND0 D4 4GU4, 3 R1ND0 C0M3C4R4M 4 C0N57RU1R 0U7R0 C4573L0.

C0MPR33ND1 QU3 H4V14 4PR3ND1D0 UM4 GR4ND3 L1C40: G4574M05 MU170 73MP0 D4 N0554 V1D4 C0N57RU1ND0 4LGUM4 C0154 3 M415 C3D0 0U M415 74RD3, UM4 0ND4 P0D3R4 V1R 3 D357RU1R 7UD0 0 QU3 L3V4M05 74N70 73MP0 P4R4 C0N57RU1R, E QU3 QU4ND0 1550 4C0N73C3R, 50M3N73 4QU3L3 QU3 73M 45 M405 D3 4LGU3M P4R4 53GUR4R, 53R4 C4P42 D3 50RR1R!

S0 0 QU3 P3RM4N3C3 3 4 4M124D3, 0 4M0R 3 0 C4R1NH0. 0 R3570 3 F3170 D3 4R314 !

Se você não conseguiu ler os textos acima.  O texto 1 diz:

Conforme um estudo de uma universidade inglesa, tanto faz a seqüência em que as letras se encontrem nas palavras. O único fator importante é que a primeira e a última letra estejam no devido lugar. O resto pode estar em total desordem que mesmo assim conseguimos ler.

Isto de deve ao fato de não lermos as letras, mas sim as palavras inteiras.

Já o texto 2 diz:

Em um dia de verão, estava eu na praia, observando duas crianças brincando na areia. Elas trabalhavam muito, construindo um castelo de areia com torres, passarelas e passagens internas. Quando estavam quase acabando, veio uma onda e destruiu tudo, reduzindo o castelo a um monte de areia e espuma. Acuei que depois de tanto esforço e cuidado, as crianças cairiam no choro, mas ao contrário, correram pela praia de mãos dadas, fugindo da água, e rindo começaram a construir outro castelo.

Compreendi que havia aprendido uma grande lição: gastamos muito tempo da nossa vida construindo alguma coisa e mais cedo ou mais tarde, uma onda poderá vir e destruir tudo o que levamos tanto tempo para construir, e que quando isso acontecer, somente aquele que tem as mãos de alguém para segurar, será capaz de sorrir!

Só o que permanece é a amizade, o amor e o carinho. O resto é feito de areia!

Observe as figuras abaixo:

Essa ilusão também é conhecida como falsa espiral ou pelo seu nome original: a ilusão da corda torcida. Os segmentos de arcos pretos sobrepostos é que parecem formar a espiral, no entanto os arcos são uma série de círculos concêntricos.

Esta ilusão de ótica foi primeiramente descrita pelo Dr. Richard Gregory. Ele observou este efeito curioso nas linhas da parede de um café. Esta ilusão de ótica faz com que linhas horizontais paralelas se pareçam levemente tortas. 

Olhe fixamente para o ponto vermelho no centro do circulo. A cor azul vai desaparecer alguns segundos depois.

Diga as cores do texto e não o que está escrito.

Nove pessoas?

O SOM

   

            O som é uma vibração do ar, isto é, uma sequencia de sobre pressões e depressões do ar em relação a uma média, que é a pressão atmosférica. De resto, para ficar convencido, basta que coloque um objeto ruidoso (despertador, por exemplo) debaixo duma cúpula vazia para se aperceber que o objeto inicialmente ruidoso não emite um único som se não estiver rodeado de ar!

O som propaga-se no ar através de um movimento ordenado das partículas que o constituem. O som pode se mover através de qualquer meio que possa vibrar; as vibrações são chamadas ondas sonoras.
          Ao vibrar, a fonte sonora (ou seja, o corpo que emite som) comprime e rarefaz o ar que se encontra em sua vizinhança dando origem ao som que ouvimos.
          A propagação do som no espaço deve-se ao fato de umas partículas transmitirem o seu movimento às suas partículas vizinhas, e assim sucessivamente, levando a que a oscilação inicialmente produzida nas nossas cordas vocais ou instrumento musical se propague através do espaço aberto, até chegar aos nossos ouvidos.

          A vibração de moléculas de ar cria alterações periódicas de compressão e rarefação. Estas ondas atingem no ouvido o tímpano que passa a vibrar com a mesma frequência das ondas, transmitindo ao cérebro, impulsos elétricos, dando a sensação do som. Quanto mais lenta essa vibração mais graves são os sons, quanto mais rápida, mais agudos. O fenômeno ondulatório propaga-se num único plano, e apresenta uma amplitude (intensidade), frequência (número de oscilações na unidade de tempo) e duração.
          As vibrações ocorrem várias vezes num segundo, daí a denominação de frequência, que é expressa em ciclos por segundo ou Hertz (Hz).
          Os sons audíveis possuem vibrações que vão de 20 Hz (ou 20 vezes por segundo) até 20.000 Hz (ou vinte mil vezes por segundo), faixa chamada de espectro de áudio. Os sons que não ouvimos estão abaixo (infrassons) e acima (ultrassons) deste intervalo.
          Nas pequenas altitudes, os sons são bem audíveis, o que não ocorre em altitudes maiores, onde o ar é menos denso.
          O ar é o principal veículo do som, que se propaga com uma velocidade de cerca de 340 m por segundo (em temperatura normal).
          A velocidade de transmissão do som varia de acordo com o meio:

                                  Meio                    Velocidade (m/s)
                                     Ar                                 346
                                  Água                            1498
                                  Ferro                            5200
                                  Vidro                            4540
                            O som não se propaga no vácuo.

          As ondas sonoras audíveis são produzidas por vibração de cordas, vibração de colunas de ar ou vibração de discos e membranas. Quanto maior a vibração da fonte, maior a energia sonora, portanto, quanto maior a amplitude da onda, maior a intensidade do som.
          As vibrações periódicas produzem sensações agradáveis, como por exemplo, a música. As sensações desagradáveis são produzidas por vibrações aperiódicas (ruído).
          A intensidade sonora é medida em bel (B) ou decibéis (dB), nome dado em homenagem ao cientista norte-americano Graham Bell (1847-1922).
          Sons muito intensos, com intensidades acima de 130dB, são desagradáveis ao ouvido humano.

          As propriedades do som.
         1 - Reflexão
         Mudança de direção das ondas sonoras que incidem em uma superfície refletora. O eco e a reverberação são exemplos de reflexão de ondas sonoras.
          2 - Refração
          Mudança na direção em que as ondas do som se propagam ao passarem de um tipo de substância para outro.
          3 - Difração
          Fenômeno em que uma onda sonora pode transpor obstáculos.
         4 - Interferência
          Recebimento de dois ou mais sons de fontes diferentes.
          5 - Ressonância
          Propriedade de aumentar a duração ou a intensidade do som

          A gravação de áudio.
          A gravação do som para posterior reprodução pode ser feita de diversas maneiras:
          Método mecânico: um estilete é ativado por ondas sonoras e grava num cilindro ou disco um sulco com o valor do sinal.
          Método magnético: as ondas sonoras transformadas são amplificadas e magnetizadas em uma fita de papel ou de plástico coberta com óxido metálico.
          Método óptico: um microfone converte as ondas sonoras em impulsos elétricos que uma vez amplificados ativam um dispositivo que modifica a intensidade de uma luz.
          Método digital: gravação baseada em computador em que o gravador digital mede as ondas, e atribui valores numéricos às medidas e depois os converte em impulsos eletrônicos que são armazenados

Elementos básicos do som.
          Qualquer som pode ser descrito pelo tom, pela intensidade e pelo timbre.
          Altura tonal - "Altura" de um som, se mais grave ou mais agudo.    Observando-se em um osciloscópio sons com alturas tonais diferentes, percebe-se que quanto mais agudo é o som, maior será o número de ondas, e quanto mais grave, menor número delas.
          A faixa de frequências que pode ser percebida por um ouvido humano é de aproximadamente 20 Hz para os sons mais graves e de até 15000 Hz para os sons mais agudos.
         Intensidade - Volume do som, se forte ou fraco. Um osciloscópio mostra a mudança no volume de um som como uma diferença na altura das ondas (amplitude). Quanto maior a amplitude, mais forte é o som.
          Timbre - Qualidade que distingue um som, independentemente de sua altura ou intensidade. Em um osciloscópio nota-se que formas de ondas arredondadas produzem um timbre mais suave, enquanto formas de ondas pontiagudas dão um timbre mais penetrante e estridente.
          Timbre é a composição de amplitude dos harmônicos que cada nota possui decorrente de sua onda fundamental e está relacionado diretamente com o formato da onda sonora. Diferentes materiais vibrando na mesma frequência produzem timbres diferentes, pois embora possuam a mesma onda fundamental seus harmônicos possuem intensidades diferentes.

          Características do som.
          Estas são as características de uma onda sonora:
          Velocidade de propagação: O som não se transmite só no ar, mas em qualquer material, seja gás, líquido ou sólido; porém não se pode propagar no vazio A velocidade de propagação é diferente em cada meio elástico:
         Meio líquido (água): 1200 m/s (metros por segundo);
          Meio sólido (aço): 5100 m/s
          Meio gasoso (ar): 340 m/s
          A velocidade do som no ar pode variar dependendo de sua temperatura e umidade. A uma temperatura de 15ºC a velocidade é de 340m/s, mas a 0º é de 331,6 m/s (medição da Academia de Ciências de Paris em 1882). Por cada elevação de um grau de temperatura, a velocidade do som no ar aumenta em 0,62 m/s.
         Período: tempo gasto para formar uma onda. O período é o inverso da frequência. Mede-se em segundos e se representa por T.
          Frequência: É o número de oscilações ou ciclos por segundo de uma vibração sonora. A unidade com a que se mede é o Hertz  (1 ciclo por segundo = 1 Hz). A frequência é o valor inverso do período, pelo que se uma oscilação dura T segundos, num segundo terá 1/T oscilações, a frequência será de 1/T Hz.
          O ouvido humano é capaz de distinguir frequências desde 20 Hz (vibrações lentas que chamamos de baixa frequência ou graves) até 20 kilohertz (20.000 Hz, vibrações rápidas que conhecemos como de alta frequência ou agudos).
          Amplitude: A amplitude é a quantidade de pressão que exerce a vibração no meio elástico, quanto mais forte soa, maior amplitude tem a onda sonora, já que exerce maior pressão no ar.
Intensidade: É um termo parecido com a amplitude, ainda que faz referência a quantidade de som. Mede-se como a potência sonora dividida pela superfície = P/m²
          Longitude de onda: É a distância entre duas oscilações contíguas de uma onda, entre dois pontos em igualdade de fase.
longitude de onda = velocidade do som / frequência
          As frequências mais altas têm menor longitude de onda, enquanto as mais baixas são de maior longitude de onda.
          Fase: A fase de um sinal é o ponto ou momento em que se encontra o sinal num instante determinado. Mede-se em graus de inclinação.

Por que o som não se propaga no vácuo?

O som se propaga através de ondas mecânicas. Uma onda mecânica é uma perturbação que se move e transporta a energia de um lugar para outro através de um meio. No som, a perturbação é um objeto que vibra. E o meio pode ser qualquer série de partículas interconectadas e interativas. Isso significa que o som pode se propagar através de gases, líquidos e sólidos.

Vejamos um exemplo: imagine um sino de igreja. Quando um sino toca, ele vibra, balançando para trás e para frente bem rapidamente. Quando o sino vai para frente, ele empurra as partículas de ar. Essas partículas de ar empurram outras partículas de ar que estão ao redor e assim por diante. Quando o sino vai para trás, ele puxa as partículas de ar que, por sua vez, puxam outras partículas de ar. Esse movimento de empurra e puxa é uma onda sonora. O sino que vibra é a perturbação original e as partículas de ar são o meio. As vibrações do sino empurram e puxam as moléculas de ar ao redor, criando uma onda sonora.

O som não se propaga apenas no ar. Encoste sua orelha contra uma superfície sólida, como uma mesa e feche os olhos. Peça para alguém bater com o dedo na outra extremidade da mesa. Essas batidas são a perturbação inicial. Cada batida emite vibrações através da mesa. As partículas na mesa se chocam umas contra as outras e se transformam no meio para o som. As partículas da mesa, por sua vez, chocam-se com as partículas de ar entre a mesa e seu tímpano. Quando uma onda se move de um meio para outro como esse, ocorre o que chamamos de transmissão.

No vácuo não existe meio para transmissão de som, por que no vácuo só se propagam ondas eletromagnéticas que não precisam de um meio para se mover, um exemplo seria a luz, que se propaga em forma de onda eletromagnética.

DEUS CRIOU TUDO O QUE EXISTE?

O texto a seguir não tem necessidade de ser comentado, porém quem quiser fique á vontade. Coloquei, pois achei bastante interessante, mesmo tendo dúvida que tal debate tenha ocorrido, porém o grande cientista envolvido neste debate era humanista judeu e acreditava em Deus.
O referido texto trás conceitos fundamentais da física, e algo para pensarmos e reformularmos nossos conceitos em relação à ciência e a fé.
Um grande abraço a todos.
Professor Henrique
Este artigo se refere a um suposto debate entre um nobre estudante e um professor de uma Universidade de Berlim, por volta de 1914.
Alemanha
Início do século 20
Durante uma conferência com vários universitários, um professor da Universidade de Berlim desafiou seus alunos com esta pergunta:
“Deus criou tudo o que existe?”
Um aluno respondeu valentemente:
“Sim, Ele criou.”
“Deus criou tudo?”
Perguntou novamente o professor.
“Sim, senhor”, respondeu o jovem.
O professor respondeu,
“Se Deus criou tudo, então Deus fez o mal? Pois o mal existe, e partindo do preceito de que nossas obras são um reflexo de nós mesmos, então Deus é mau?”
O jovem ficou calado diante de tal resposta e o professor, feliz, se regozijava de ter provado mais uma vez que a fé era um mito.
Outro estudante levantou a mão e disse:
“Posso fazer uma pergunta, professor?”
“Lógico.” Foi a resposta do professor.
O jovem ficou de pé e perguntou:
“Professor, o frio existe?”
“Que pergunta é essa? Lógico que existe, ou por acaso você nunca sentiu frio?”
O rapaz respondeu:
“De fato, senhor, o frio não existe. Segundo as leis da Física, o que consideramos frio, na realidade é a ausência de calor. Todo corpo ou objeto é susceptível de estudo quando possui ou transmite energia, o calor é o que faz com que este corpo tenha ou transmita energia.
O zero absoluto é a ausência total e absoluta de calor, todos os corpos ficam inertes, incapazes de reagir, mas o frio não existe. Nós criamos essa definição para descrever como nos sentimos se não temos calor”
“E, existe a escuridão?”
Continuou o estudante.
O professor respondeu: “Existe.”
O estudante respondeu:
“Novamente comete um erro, senhor, a escuridão também não existe. A escuridão na realidade é a ausência de luz.
A luz pode-se estudar, a escuridão não!
Até existe o prisma de Nichols para decompor a luz branca nas várias cores de que está composta, com suas diferentes longitudes de ondas.
A escuridão não!
Um simples raio de luz atravessa as trevas e ilumina a superfície onde termina o raio de luz.
Como pode saber quão escuro está um espaço determinado? Com base na quantidade de luz presente nesse espaço, não é assim?
Escuridão é uma definição que o homem desenvolveu para descrever o que acontece quando não há luz presente”
Finalmente, o jovem perguntou ao professor:
“Senhor, o mal existe?”
O professor respondeu:
“Claro que sim, lógico que existe, como disse desde o começo, vemos estupros, crimes e violência no mundo todo, essas coisas são do mal.”
E o estudante respondeu:
“O mal não existe, senhor, pelo menos não existe por si mesmo. O mal é simplesmente a ausência do bem, é o mesmo dos casos anteriores, o mal é uma definição que o homem criou para descrever a ausência de Deus.
Deus não criou o mal.
Não é como a fé ou como o amor, que existem como existem o calor e a luz.
O mal é o resultado da humanidade não ter Deus presente em seus corações.
É como acontece com o frio quando não há calor, ou a escuridão quando não há luz.”
Por volta dos anos 1900, este jovem foi aplaudido de pé, e o professor apenas balançou a cabeça permanecendo calado…
Imediatamente o diretor dirigiu-se àquele jovem e perguntou qual era seu nome?
E ele respondeu:
“ALBERT EINSTEIN.”

A TEMPERATURA E SEUS EFEITOS

Temperatura
A temperatura é uma das grandezas físicas mais conhecidas e citadas atualmente. Todos os dias as pessoas lêem em jornais, ouvem no rádio ou vêem na televisão os boletins meteorológicos indicando as temperaturas máximas e mínimas para a sua região. Ajustamos a temperatura do forno do fogão e do aparelho de ar condicionado e verificamos nossa temperatura corporal quando estamos nos sentindo febris. Como podemos ver, a temperatura pode ser percebida de várias maneiras, entretanto, ela nos traz a informação de quão quente ou frio está um determinado corpo em relação a um outro corpo de referência, ou ainda como o indicador do sentido da troca de energia na forma de calor entre o corpo e sua vizinhança.
São as sensações táteis de “quente” e de “frio” que nos transmitem a primeira noção de temperatura. Dizemos então que quanto mais quente é um corpo, maior é a sua temperatura.
É do nosso conhecimento que, ao tocarmos com a mão uma porta de madeira e a maçaneta de metal, ambas à mesma temperatura, temos sensações térmicas diferentes. A avaliação de uma temperatura por intermédio do tato merece pouca confiança. Vemos assim que, para avaliar a temperatura com certo rigor, temos que recorrer a outros efeitos.
Do ponto de vista microscópico, a temperatura está associada à energia cinética média de translação das partículas (átomos, moléculas ou íons). Análises microscópicas mostram que qualquer corpo, seja ele sólido, líquido ou gasoso, é composto por partículas em constante agitação. Para um mesmo estado físico, a agitação das partículas está relacionada com a temperatura. Assim, a temperatura está intimamente ligada à energia cinética média das partículas que compõem o corpo. Uma temperatura mais alta indica maior agitação das partículas e, portanto, maior energia cinética média.
O físico irlandês William Thomson (Lorde Kelvin) chegou à conclusão de que havia uma temperatura mínima possível, que recebeu o nome de zero absoluto e seria atingida quando todas as partículas de um corpo estivessem imóveis. Sabemos hoje que quando um corpo é resfriado continuamente, os átomos não chegam a ficar completamente imóveis, ou seja, a energia cinética das moléculas do sistema tende a um valor mínimo e não nulo, mas atingem um estado no qual é impossível extrair mais energia do corpo; essa é a definição moderna de zero absoluto, corresponde à temperatura de zero kelvin equivalente à -273 ºC.

Provocação 1- Quanto maior a temperatura de um corpo, mais calor ele possui?
A resposta é não. A temperatura é uma grandeza física que está relacionada com a energia cinética média das moléculas do corpo, enquanto o calor é uma forma de energia em trânsito (movimento). Portanto, não tem sentido falar em calor de um corpo. No dia-a-dia, quando alguém diz que está com calor, na verdade ele se refere à sensação térmica. O nosso organismo, quando se encontra em um ambiente à temperatura menor que 36ºC, está liberando continuamente energia na forma de calor. Se as condições atmosféricas do ambiente (umidade relativa do ar, temperatura, etc.) não favorecerem ao organismo ceder o excesso de energia para o ambiente, dizemos que estamos com “calor”.
Provocação 2- Pode-se dizer que a temperatura é a medida da quantidade de calor de um corpo?
Devemos observar que o termo calor só pode se usado para indicar a energia que passa de um corpo para outro (em trânsito) devido exclusivamente a uma diferença de temperatura. Não podemos, portanto, dizer que um corpo “possui calor” ou que “a temperatura é uma medida do calor de um corpo”. A absorção de calor por um corpo acarreta um aumento da sua energia interna, mas não obrigatoriamente na sua temperatura (por exemplo, durante uma mudança de fase, a temperatura permanece constante apesar de o corpo receber calor).


Aplicação Tecnológica: Termografia
A Termografia é um procedimento que permite mapear um corpo ou região para distinguir as diferentes temperaturas. Ela é uma ferramenta de diagnóstico e monitoração para a medicina e a engenharia.
A Termografia pode ser entendida como um método de detecção da distribuição da energia térmica emitida pela superfície de um corpo ou de uma região. Trata-se de uma modalidade com várias aplicações, começou por ser usada e desenvolvida para fins militares e de investigação espacial. Na década de 50 já era usada na medicina e na medicina veterinária como ferramenta de auxílio ao diagnóstico e monitoração da recuperação. Também é muito utilizada nas áreas da engenharia civil, automotiva, aeronáutica, mecânica e eletrotécnica.
Como exemplo de aplicações na medicina e na medicina veterinária podemos citar a determinação de problemas circulatórios, a localização de infecções, a análise de danos musculares e o estudo de problemas de locomoção. As infecções alteram a distribuição térmica tópica devido à variação na irrigação sangüínea do tecido, provocando uma variação de temperatura.

Calor e equilíbrio térmico
Quando dois corpos a temperaturas diferentes são colocados em contato, inicia-se um processo de transferência de energia do corpo mais quente (o que tem maior temperatura) para o corpo mais frio (o que tem menor temperatura). Esse processo ocorre naturalmente e a energia transferida é, como já citamos, chamada calor. Como resultado da transferência de energia, a temperatura do corpo mais quente pode diminuir e a do corpo mais frio pode aumentar. O processo de transferência de energia acaba quando os dois corpos atingem a mesma temperatura, ou seja, quando os dois corpos atingem o equilíbrio térmico.
Na situação inicial da Figura 2, o corpo A está a uma temperatura superior à do corpo B. Postos em contato e isolados do meio externo, os dois corpos acabam por atingir a mesma temperatura final.

Quando colocamos uma lata de refrigerante no interior de um refrigerador (Figura 3), normalmente a lata está mais quente do que o interior do refrigerador. Então o refrigerante vai esfriando até atingir a temperatura do interior do refrigerador. A partir daí não existe mais condições para a transferência de energia na forma de calor.
Para medir a temperatura de um corpo colocamos um termômetro em contato com ele. Se as temperaturas do corpo e do termômetro forem diferentes, a temperatura indicada pelo termômetro varia até se fixar em um determinado valor. Nesse instante o termômetro está em equilíbrio térmico com o corpo e a temperatura indicada é a temperatura comum do corpo e do termômetro.

Quando uma panela com água é aquecida em um fogão a gás, a água aquece, mas a chama não esfria em resultado desse aquecimento. De fato a temperatura da chama mantém-se constante, pois fornece energia através da combustão de gás natural. Quando uma substância é aquecida, a temperatura geralmente aumenta, mas podem ocorrer situações em que a temperatura não varie. Nesse caso podemos estar diante de uma mudança de fase, como por exemplo, a fusão e a ebulição da água. Esse assunto será discutido posteriormente.

A medida da temperatura corporal
A avaliação da temperatura do corpo humano é muito importante, pois muitas doenças, como por exemplo os resfriados, podem produzir um aumento da temperatura corporal. A febre é a elevação da temperatura do corpo acima dos valores normais para o indivíduo. São aceitas como indicadores de febre as temperaturas acima de 37,5º C. Há também situações de anormalidade em que a temperatura diminui abaixo de 35 ºC de modo não intencional, caracterizando uma hipotermia.
Os termômetros utilizados na medida da temperatura corporal são chamados termômetros clínicos (Figura 8). Atualmente, existem no mercado vários tipos desses termômetros, a maior parte digital. Entretanto, ainda é muito usado o termômetro clínico de mercúrio. Os termômetros clínicos de mercúrio apresentam junto ao bulbo, no início do tubo capilar, um estrangulamento que não impede a passagem do mercúrio quando a temperatura sobe, porém, quando a temperatura baixa, o mercúrio não pode passar para o bulbo, ficando indicada a temperatura máxima atingida. Portanto, trata-se de um termômetro de máxima. Para ser usado novamente, o termômetro deve ser sacudido para que o mercúrio volte para o bulbo.
Quando colocamos a extremidade do termômetro clínico em contato com o corpo, o líquido no interior do tubo capilar desloca-se de acordo com a temperatura do corpo. É importante notar que, após colocar o termômetro sob o braço, precisamos esperar alguns minutos. Esse tempo é necessário para que se estabeleça o equilíbrio térmico entre o corpo e o termômetro. Assim, o termômetro vai indicar exatamente a temperatura do corpo. Para "ler" a temperatura, basta verificar onde a extremidade da coluna de mercúrio se encontra, utilizando a escala termométrica.

Pontos fixos
É possível mostrar que, sob certas condições, alguns fenômenos físicos sempre ocorrem à mesma temperatura, e que, durante o fenômeno, a temperatura permanece constante.
As temperaturas em que tais fenômenos acontecem são denominadas pontos fixos. Dois desses pontos fixos são particularmente importantes para o estudo da Termometria: o ponto de fusão do gelo e o ponto de ebulição da água.
Ponto de fusão do gelo, ou ponto de gelo, é a temperatura do gelo fundente (gelo e água em equilíbrio térmico) sob pressão normal.
Ponto de ebulição da água é a temperatura da água em ebulição sob pressão normal. A ebulição se caracteriza pela formação de bolhas de vapor no interior da massa líquida.

Em 1724 Gabriel Fahrenheit (1686 - 1736) usou o mercúrio como líquido do termômetro. A expansão térmica do mercúrio é grande e uniforme. Ele não adere ao vidro e permanece líquido em um grande intervalo de temperaturas (de -39ºC até 357ºC). Sua aparência metálica facilita a leitura.

Escala Celsius
Para se conseguir que termômetros diferentes marquem a mesma temperatura, nas mesmas condições, é necessário se estabelecer um padrão comum para eles, ou seja, uma escala termométrica. Na escala Celsius são escolhidas duas referências: uma é a temperatura de fusão do gelo e a outra é a da ebulição da água (na pressão de uma 1 atm).
Nessa escala, são atribuídos os valores 0 (zero) para o ponto de gelo e 100 (cem) para o ponto de vapor. Divide-se o intervalo entre os dois pontos fixos (denominado intervalo fundamental) em cem partes iguais. Cada uma dessas partes constitui a unidade da escala, denominada grau Celsius (símbolo ºC). Portanto, o grau Celsius corresponde a um centésimo do intervalo fundamental.

Escala Fahrenheit
Outra escala, que ainda é usada em países de língua inglesa, é a escala Fahrenheit, em que o zero (0ºF) foi escolhido para a temperatura de um certo dia muito frio na Islândia e o cem (100ºF) para a temperatura média corporal de uma pessoa.
Os valores atribuídos, nessa escala, para o ponto de gelo e o ponto de vapor são, respectivamente, 32 (trinta e dois) e 212 (duzentos e doze). O intervalo fundamental é dividido em 180 (cento e oitenta) partes iguais, cada uma das quais constitui o grau Fahrenheit (símbolo: ºF). Assim, o grau Fahrenheit corresponde a 1/180 do intervalo fundamental.

Escala Absoluta Kelvin
Teoricamente, não existe nenhum limite superior de temperatura, isto é, não há um estado térmico que possa ser considerado mais quente que todos os demais.
No entanto, é possível demonstrar que existe um limite inferior de temperatura, ou seja, um estado térmico onde as moléculas apresentam a menor agitação térmica possível. A esse estado térmico dá-se o nome de zero absoluto, conforme citado anteriormente. Embora seja inatingível na prática, foi possível chegar, através de considerações teóricas e experimentais, à conclusão de que o zero absoluto corresponde, nas escalas relativas usuais, a – 273,15 ºC (usaremos o valor aproximado de – 273 ºC) e – 459,67ºF.
Embora a criação das escalas absolutas envolva considerações mais complexas de Termodinâmica, nessa altura podemos definir escala absoluta como sendo qualquer escala termométrica que tenha origem no zero absoluto. A cada escala relativa podemos fazer corresponder uma escala absoluta que possua a mesma unidade. À escala Fahrenheit corresponde a escala Rankine, cujo grau termométrico (ºR) é igual ao grau Fahrenheit (ºF). Não estudaremos por ser de pouca aplicação prática entre nós. A escala absoluta Kelvin, que tem origem no zero absoluto (-273ºC, aproximadamente) e unidade denominada kelvin (símbolo: K), é igual ao grau Celsius.