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TEIA DOTEIA DO SABERSABER2005

METODOLOGIA DE ENSINO DE DISCIPLINAS DA ÁREA DE CIÊNCIAS DA NATUREZA, MATEMÁTICA E SUAS TECNOLOGIAS DO ENSINO

MÉDIO: FÍSICA, QUÍMICA E BIOLOGIA

Fundação de Apoio às Ciências: Humanas, Exatas e Naturais

Material Pedagógico para uso do professorEVenda Proibida Coordenação GeralProf. Dr. Mauricio dos Santos Matos(16) 3602-3670 e-mail:[email protected]

Acompanhe a programação pela internet: http://sites.ffclrp.usp.br/laife

GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULOSECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO

DIRETORIA DE ENSINO - REGIÃO DE RIBEIRÃO PRETOAv. Nove de Julho no. 378 - Ribeirão Preto

TURMA INICIAL

Radiações

Prof. Dr. Dráulio Barros de AraújoProf. Dr. Marcelo Mulato

TEIA DO SABER 2005 Metodologia de Ensino de Disciplinas da Área de Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias do Ensino Médio: Física, Química e Biologia (Tuma Inicial)

Radiações

Prof. Dr. Dráulio Barros de Araújo e Prof. Dr. Marcelo Mulato

APRESENTAÇÃO DOS PROFESSORES RESPONSÁVEIS PELO MÓDULO DE ENSINO

PROF. DR. Dráulio Barros de Araújo: Graduado em Física (1995, IF/UNB/DF), com Mestrado em Física,

pela Universidade Federal do Ceará (1997) e Doutorado em Física, na área de Física Aplicada à Medicina e Biologia

(2002). Fez o Pós-Doutorado na área de Imagens por Ressonância Magnética no Hospital das Clínicas, da Faculdade

de Medicina da Universidade de São Paulo (2002). Desde outubro de 2002 é professor doutor no Departamento de

Física e Matemática, FFCLRP-USP. Sua área de pesquisa envolve o estudo de processos cerebrais em humanos,

através do desenvolvimento de técnicas de análise por imagens funcionais por ressonância magnética. Coordenou a

elaboração do Projeto “No Picadeiro da Física”, que tem por objetivo levar, em forma de espetáculo interativo, várias

demonstrações de Física, muitas delas presentes no cotidiano das pessoas. Participou também das versões anteriores

em 2003 e 2004 do programa Teia do Saber. Publicou 10 artigos nos últimos 3 anos, sendo quatro delas voltadas à

divulgação e ensino de ciências. Está orientando atualmente sete alunos de mestrado, dois de doutorado e três de

iniciação científica.

PROF. DR. Marcelo Mulato: Graduado em Física (1991, IF/UNICAMP), com Mestrado em Física, pela

UNICAMP (1994) e Doutorado em Física Aplicada, também pela UNICAMP (1998). Fez dois Pós-Doutoramentos,

um primeiro em Princeton (1998 – 1999) e um segundo na Xerox Parc (1999 – 2000) na área de materiais. Desde

2000 é professor doutor no Departamento de Física e Matemática, FFCLRP-USP. Sua área de pesquisa envolve o

estudo e desenvolvimento de biosensores e materiais. Participou também das versões anteriores em 2003 e 2004 do

programa Teia do Saber. Publicou 7 artigos nos últimos 3 anos em revistas internacionais indexadas. Está orientando

atualmente um aluno de mestrado, cinco de doutorado, um de iniciação científica e um de Pós-Doutorado.

TEIA DO SABER 2005 Metodologia de Ensino de Disciplinas da Área de Ciências da Natureza, Matemática e suas

2Tecnologias do Ensino Médio: Física, Química e Biologia (Tuma de Inicial)

APRESENTAÇÃO DAS ATIVIDADES A SEREM DESENVOLVIDAS

Caros Professores:

Este material de apoio do Programa Teia do Saber abrange o tema “Radiações”, do Curso

de Iniciação.

Nele você encontrará a Apresentação do Tema com os tópicos que serão estudados por

meio de exposição teórica e atividade prática, além da discussão de atividades de sala de aula

relacionada ao tema e proposta pelo docente que está desenvolvendo este módulo de ensino.

O material traz uma síntese do tema, por meio de textos, além de atividades práticas.

Na seção Atividade de Sala de Aula, são indicadas propostas para você desenvolver com

seus alunos. O objetivo desta atividade é promover discussões com os professores sobre as

implicações pedagógicas das mesmas.

No final você encontrará Referências Adicionais com indicações de sites, livros, teses e

filmes relacionados com os temas tratados neste módulo de ensino.



INTRODUÇÃO

Neste tema buscamos desenvolver conceitos fundamentais sobre ondas e radiações,

visando propor o estudo e a discussão desses tópicos, através de exemplos que sejam de interesse

dos professores das áreas das ciências. O módulo de ensino que iremos desenvolver totaliza 5

horas, divididas em duas partes. Na primeira parte, trataremos de conceitos fundamentais

relacionados a ondas, que possibilitarão o entendimento de algumas questões do cotidiano e que,

de regra, causam bastante confusão. Para tanto, trabalharemos com cinco problemas específicos:

os defeitos de visão e suas correções, microondas, aparelhos de telefonia celular, fotossíntese, e a

luz do sol. No segundo módulo, realizaremos, em conjunto, algumas experiências, que

demonstram os conceitos fundamentais, trabalhados previamente, além de apresentações simples

que podem ser facilmente levadas para a sala de aula. Os módulos estão descritos abaixo.

Módulo 1: 7:30h – 10:30h.

1. Conceitos Básicos

a. O que é uma onda?

b. Comprimento de onda

c. Freqüência

2. Efeitos Ondulatórios

a. Interferência

b. Difração

c. Reflexão

d. Polarização

3. Espectro de Onda

a. Exemplos de Alguns Comprimentos de Onda

i. Visível

1. Olho Humano

a. Defeitos de Visão

ii. Micro-ondas

iii. Telefone Celular



4. Radiações e Biologia

a. Fotossíntese

5. Radiações e Química

a. Transições

Módulo 2: 11h – 13h

1. Experiências

a. Cuba de Ondas

b. Difração com a Luz

c. Interferência com a Luz

d. Raio da Córnea

2. Experiências para sala de aula

a. Propagação de uma onda em uma mola

b. Difração com um cabelo

c. Polarização em um filme

i. Filme 3D

ii. Corda



PARTE A – Alguns Conceitos Importantes sobre Ondas

Apresentação e discussão inicial sobre os principais conceitos.

O que pensamos e como ensinamos esses tópicos:

1) O que é uma onda?

2) Qual a diferença entre onda transversal e onda longitudinal?

A-1- Introdução à Física das Radiações

No dicionário, a palavra radiação é definida como a energia que se propaga de um ponto a

outro, na forma de onda ou partículas, no espaço ou em um meio material qualquer.

O termo radiação é muito geral. Existem termos específicos para os vários tipos de

radiações existentes. Quanto a sua origem, uma onda pode ser classificada como onda mecânica

ou onda eletromagnética.

As ondas mecânicas são produzidas por uma perturbação em um meio material. Por

exemplo: as ondas na água, a vibração de uma corda de violão, o som de um trovão etc. Essas

ondas mecânicas precisam de um meio (metal, água, ar...) para se propagar.

As ondas eletromagnéticas são provenientes de variações elétricas e magnéticas, sem a

necessidade de um meio para se propagarem.

Portanto, as ondas eletromagnéticas podem existir no vácuo (espaço vazio, sem nada, nem

ar) e, como transportam energia, constituem as chamadas radiações eletromagnéticas, e forma a

maior classe das radiações.

No vácuo, todas elas têm a mesma velocidade, como a velocidade da luz, que é

simbolizada pela letra c, sendo c = 300.000 quilômetros por segundo.



λ

A

θ− π 2

Todas elas têm a mesma forma, e a característica particular que diferencia um tipo do

outro é o chamado comprimento de onda, simbolizado pela letra grega � (lambda) que é

simplesmente a distância entre a crista de uma onda e a crista da próxima onda, como mostrado

na figura acima.

A-2- Efeitos Ondulatórios

A-2.1- Reflexão:

O fenômeno de reflexão ocorre quando um pulso que se afasta do gerador de ondas

encontra um obstáculo (barreira refletora). Observando a imagem da cuba, verificam-se dois

pulsos retos, um aproximando-se e o outro afastando-se da barreira, conforme ilustrado na Figura

2(a). Nessa figura, î ë o ângulo que o pulso incidente forma com a normal da barreira refletora, e

o ângulo entre o pulso refletido e a normal da mesma barreira. A reflexão ocorre para todos os

tipos de frente de onda (plana, circular,...).

A-2.2- Refração:

O fenômeno de refração ocorre quando o meio de propagação da onda é alterado. A

velocidade de propagação das ondas depende das propriedades do meio em que elas se deslocam.

No caso de ondas na água, a velocidade depende da profundidade, portanto profundidades

diferentes podem ser consideradas como meios distintos. Na prática, em uma cuba de água a

profundidade pode ser alterada colocando-se uma placa de acrílico numa das regiões do fundo da

cuba, por exemplo. Posicionando-se uma placa transparente numa posição obliqua à frente de

ondas, como ilustrado na Figura 2(b), verifica-se que as ondas mudam a sua direção de



propagação ao passar da profundidade maior para a menor. Medindo-se o ângulo de incidência i e

o ângulo de refração r, pode-se comprovar experimentalmente a lei de Snell:

21

sensen

λλ

=ri

,

em que λ1 é o comprimento de onda do pulso incidente e λ2 é o comprimento de onda do pulso

refratado.

A-2.3- Interferência:

O fenômeno de interferência ocorre quando duas ondas encontram-se em um ponto. Para

ondas de mesmo λ a interferência ocorre através da anulação ou reforço alternado entre elas

como é mostrado na Figura 2(c). A interferência será construtiva ou destrutiva dependendo das

diferenças das distâncias percorridas pelas ondas em termos de números inteiros ou semi-inteiros

de comprimentos de onda.

A-2.4- Difração:

O fenômeno da difração ocorre porque uma frente de onda tem a propriedade de poder

contornar um obstáculo quando este é colocado no seu caminho, sofrendo deformação em sua

geometria. Para uma fenda estreita (largura da fenda d aproximadamente igual ao comprimento

de onda λ) a frente de onda se deformará conforma mostrado na Figura 2(d). Pode-se observar a

variação do espectro de difração mudando-se a relação λ/d. Pode-se também verificar que as

ondas são fortemente difratadas quando atravessam uma fenda estreita (de largura comparável a

seu comprimento de onda) e que a difração é quase nula quando o comprimento de onda é muito

pequeno quando comparado à largura da fenda.

A borboleta-pavão é decorada com

duas bolas pretas e amarelas nas extremidades

das asas superiores, e duas bolas no centro das

asas inferiores. Ela tem uma maneira bem

"inteligente" de tomar banho de sol. É um

truque para adiantar o processo do

aquecimento: ao posicionar as asas num



determinado ângulo, os raios do sol atingem seu corpo diretamente.

Suas escamas, brilhantes e avermelhadas, funcionam como se fossem minúsculos

espelhos refletores. Além de possibilitar uma alternativa de disfarce, as asas esquentam,

transferindo calor para o resto do corpo e, em seguida, para os músculos do vôo.

A-3- Espectro de Ondas

Apesar das ondas do lago não serem radiações eletromagnéticas, podemos entender o

comprimento de onda como sendo a distância entre duas lombadas (cristas) sucessivas.

O comprimento de onda � pode ser expresso em qualquer unidade de comprimento:

centímetro, metro, quilômetro etc...

A radiação eletromagnética pode ser caracterizada também pela sua freqüência: como

uma onda eletromagnética tem um movimento periódico, chama-se freqüência a quantidade de

vezes que a onda efetua o movimento inteiro (ciclo) por unidade de tempo.

Sua unidade é o hertz (Hz) e 1 hertz vale 1 ciclo por segundo. Por exemplo, se em um

segundo a onda efetuar cinco ciclos completos, diremos que sua freqüência é de 5Hz.

Como foi visto anteriormente, as ondas eletromagnéticas têm todas a mesma velocidade

no vácuo, ou seja, elas percorrem uma mesma distância no mesmo intervalo de tempo.

Quanto maior for o comprimento de onda, menos vezes ela deverá aparecer para totalizar

esta distância.

As de pequeno comprimento de onda deverão efetuar vários ciclos para conseguir

percorrer esta mesma distância.

Percebemos, portanto, que o comprimento de onda � e a freqüência, f, são inversamente

proporcionais, ou seja, quando o comprimento de onda aumenta, a freqüência diminui e vice-

versa.

Temos várias categorias de radiação eletromagnética, que se distinguem apenas pelo seu

comprimento de onda: as ondas de rádio-transmissão, as de TV, as microondas, a radiação



infravermelha (conhecida também por radiação de calor), a luz visível (radiação capaz de

impressionar a retina de nossos olhos), a radiação ultravioleta, os raios X e os raios gama.

A-4- A Luz Visível

Newton foi o primeiro a reconhecer que a luz branca é constituída por todas as cores do

espectro visível e que o prisma não cria cores por alterar a luz branca, como se pensou durante

séculos, mas sim por dispersar a luz, separando-a nas suas cores constituintes.

O detector humano olho-cérebro percebe o branco como uma vasta mistura de freqüências

normalmente com energias semelhantes em cada intervalo de freqüências. É este o significado da

expressão "luz branca" - muitas cores do espectro sem que nenhuma predomine especialmente.

Muitas distribuições diferentes podem parecer brancas uma vez que o olho humano não é capaz

de analisar a luz em freqüência do mesmo modo que o ouvido consegue analisar o som.

A cor não é uma propriedade da luz, mas uma manifestação eletroquímica do sistema

sensorial - olhos, nervos, cérebro. Com rigor dever-se-ia dizer, por exemplo, "a luz que é vista

como amarela" e não "luz amarela".

A-5- Defeitos de Visão.

A miopia, a hipermetropia e o astigmatismo são erros refrativos, ou seja, erros na

capacidade que o olho tem de refratar a luz e focar os raios luminosos na retina. A luz que devia

ser focada na retina passa, devido à existência destes erros a ser focada antes da retina (no caso da

miopia) ou após a retina (no caso da hipermetropia). Abaixo temos um corte lateral do olho

humano:



A-5.1- Como é que o problema aparece?

As causas são variadas, mas resumem-se nos seguintes grupos:

· Alteração da posição das estruturas ópticas

• Na miopia o olho é maior que o normal ou o cristalino está muito para frente

• Na hipermetropia o olho é menor que o normal ou o cristalino está muito para trás

· Alteração da curvatura da córnea

• Na miopia curvatura da córnea grande

• Na hipermetropia curvatura da córnea pequena

· Alteração do índice de refração do cristalino

• Na miopia o cristalino refrata muito os raios luminosos e foca-os muito perto,

antes da retina.

• Na hipermetropia, o cristalino refrata pouco os raios luminosos e foca-os muito

longe, para lá da retina.

· Ausência de um elemento do sistema óptico

• Geralmente é a ausência de cristalino quando a pessoa foi submetida à cirurgia de

extração de catarata.

No caso do astigmatismo é mais complicado porque existem diferentes meridianos da

córnea com diferentes potências dióptricas e cada um deles vai focar a imagem num plano, para

cá ou para lá da retina. Isto significa que num plano de corte horizontal, por exemplo, a córnea



tem maior curvatura do que noutro plano, por exemplo, no vertical. Assim, a pessoa vê as

imagens desfocadas.

Mas o que é que tudo isto significa? O míope vê mal ao perto ou vê mal ao longe?

O míope converge bem os raios luminosos, por isso quando vê ao perto, em que é preciso

essa convergência, vê bem. Ao ver ao longe, os raios luminosos são focados para cá da retina e

não consegue ver bem, vê as imagens desfocadas. O hipermétrope não converge bem os raios

luminosos, por isso quando vê ao perto os raios luminosos são focados para lá da retina e vê as

imagens desfocadas. Quando vê ao longe esta convergência não é necessária e por isso vê bem ao

longe.

Portanto a medida da curvatura da córnea é um importante elemento no correto

diagnóstico de erros refrativos, por exemplo. Lembre-se que a córnea está na parte de frente do

olho, acentuadamente encurvada.

A-6- O Som

Onda sonora se propaga em todas as direções. Ela consiste na alternância regular de

pressão num meio elástico (isto é, num meio em que a densidade varia com a pressão) e essas

flutuações propagam-se como uma onda.

O que aconteceria com a transmissão sonora se a fonte fosse encapsulado em uma caixa

com vácuo? A maioria dos sons chega ao ouvido, transmitidos pelo ar. O ar denso é melhor

transmissor do som que o ar rarefeito, pois as moléculas gasosas estão mais próximas e

transmitem a energia cinética da onda de umas para outras, com maior facilidade.

Com o microfone, sons são transformados em sinais elétricos que depois são convertidos

em ondas eletromagnéticas as quais são captadas pela antena de um aparelho receptor que as

transforma novamente em sons através dos alto-falantes.

A-7- As Ondas de Rádio e TV

As ondas de rádio são radiações eletromagnéticas produzidas pela passagem de corrente

elétrica alternada por um condutor, e se propagam através das antenas. Elas têm diferentes

freqüências, e sintonizando um rádio receptor numa determinada freqüência, podemos receber

um sinal específico.



O sintonizador nos rádios são circuitos eletrônicos que selecionam um certo comprimento

de onda. Esses circuitos também amplificam os sinais das ondas que são fracos quando captados

pela antena.

Existem intervalos (bandas) específicos de freqüência, para específicos tipos de

transmissão, de escolha totalmente arbitrária, como por exemplo:

· Rádio AM (Amplitude Modulada): de 535kHz a 1,7MHz

· Estação de TV: de 54MHz à 88MHz (canal 2 a 6)

· Rádio FM (Freqüência Modulada): de 88MHz a 108MHz

· Estação de TV: de 174MHz a 220MHz (canal 7 a13)

A-8- Os telefones Celulares

Com a expansão dos telefones celulares, surgiu o medo de que as radiações

eletromagnéticas dos telefones e das antenas retransmissoras fariam, ou não, mal a nossa saúde.

Há muito diz-que-diz sobre os possíveis danos à saúde: a única certeza é que a exposição

a esse tipo de radiação pode provocar a excitação (movimento) das moléculas e o conseqüente

aquecimento das regiões expostas.

A grandeza desse aquecimento e dos efeitos que pode causar vai depender do tempo da

conversa e da intensidade do sinal.

A existência de uma evidência que relacione as ondas de radiofreqüência dos telefones

celulares e a indução ao câncer pode ser considerada de muito fraca à não existente.

Portanto até agora não temos nada concluído que relacione a radiação da telefonia celular

com malefícios a nossa saúde. Vamos aguardar o desenrolar das inúmeras pesquisas sobre o

assunto que estão em andamento.

A-8.1- Como funcionam os telefones celulares?

Os telefones celulares estão cada vez mais em nossas vidas. No entanto muitas pessoas

desconhecem a maneira como uma rede de telefonia móvel funciona, especialmente o papel das

estações de rádio-base.

Quando você faz uma chamada com o seu telefone celular, ele emite ondas de radio

(também chamada de radiofreqüência ou energia “RF”.Estas ondas de radio são recebidas pela

antena da estação rádio-base mais próxima.



A estação rádio-base é composta por um ou mais rádio-emissores e rádio-receptores e por

antenas de radio que comunicam com os telefones celulares individuais na zona.

Quando a estação de rádio-base recebe ondas de radio provenientes de telefones celulares,

transmite-as para outro ponto (computador), que encaminha a chamada para outra estação rádio-

base ou para a rede da linha fixa, conforme o tipo de chamada. As estações rádio-base possuem

dois fatores de limitação: um é a capacidade de chamadas que podem processar e outro é a zona

geográfica coberta. Para superar estes dois limites, as estações rádio-base estão situadas em zonas

estratégicas, conhecidas por “células”. Se estiverem bem situadas, as estações permitem reutilizar

a radiofreqüência disponível em outras células, permitindo assim à rede processar um número

maior de chamadas. Isto significa que a estação de rádio-base deve funcionar a baixos níveis de

potencia para não haver interferência com outras estações rádio-base da zona.

A-8.2- Onde estão situadas as estações rádio-base?

A infra-estrutura de uma estação rádio-base situa-se freqüentemente em torres, em

telhados de prédios ou em estruturas já existentes. Em alguns escritórios, existem pequenas

estações situadas no interior do próprio edifício. Muitas pessoas utilizam hoje telefones portáteis

nas suas casas. A unidade de base, que está ligada à linha telefônica, é realmente uma estação

rádio-base miniatura, que funciona exatamente da mesma maneira que as estações rádio-base que

se vêem nas ruas. O importante em relação às estações rádio-base é que, independentemente do

seu tipo, elas funcionam a baixos níveis de potência, e sempre que as pessoas estiverem expostas

ao seu campo magnético, estes níveis ficam muito abaixo dos limites de segurança relevantes.

A-8.3- Há limites de segurança para exposição às ondas de radio das estações radio-base?

Há sim. Há uma série de diretrizes, recomendações e normas nacionais e internacionais

relativas à exposição às ondas de rádio. São muito semelhantes e habitualmente baseadas nas

recomendações da Comissão Internacional sobre a Proteção da Radiação Não-Ionizante

(ICNIRP). Estes limites fornecem uma ampla margem de segurança contra os conhecidos efeitos

nocivos à saúde e levam em conta a saúde das crianças e de outros segmentos da população,

proporcionando margens adicionais de segurança. A intensidade das ondas de rádio é

drasticamente reduzida com a distância da antena. Por exemplo, se uma pessoa estiver a alguns

metros de uma antena externa de estação rádio-base, estará além dos limites de exposição



recomendados. Se estiver num edifício com antenas internas, a distância recomendada será

apenas alguns centímetros.

Até lá, apenas por excesso de precaução, vamos usar o telefone celular em ligações

essenciais e rápidas, mesmo que seja só para proteger a saúde do nosso bolso.

A-9- Microondas

Em 1945, o engenheiro americano Percy Le Baron Spencer estava trabalhando em um

radar e percebeu que balas que estavam no seu bolso haviam ficado bem amolecidas.

Deduziu que teria sido um efeito das microondas do radar. Em 1967 foi produzido o

primeiro forno de microondas baseado na descoberta de Spencer.

As ondas de rádio com esse comprimento são absorvidas pela água, gordura e açúcares e

convertidas em movimento das moléculas, causando o calor.

Essas mesmas radiações não são absorvidas pela maioria dos plásticos, vidros e

cerâmicas.

No forno convencional o calor vai de fora (da chama de fogo) para dentro.

No forno de microondas as ondas de rádio penetram nos alimentos e excitam as moléculas

de água e gordura uniformemente por todo o alimento.

Essa uniformidade varia de acordo com a forma e tamanho do material a ser cozido.

As microondas cozinham aquecendo as moléculas de água, que por sua vez aquecem o

alimento.

O único arranjo molecular que acontece é o causado pelo aquecimento do alimento no

sentido de atingir a temperatura de fervura. As perdas químicas no processo de cozimento através

do forno de microondas são menores que as do forno convencional.

Portanto não comemos mais toxinas pelo fato do alimento ter sido preparado no forno de

microondas. O dano não é maior do que qualquer alimento cozido em água fervente.

A-9.1- Cuidado ao aquecer líquidos no forno de microondas.

Quando se aquecem líquidos no microondas em recipientes muito lisos, por exemplo de

vidro de elevada qualidade, pode dar-se um fenômeno de sobre aquecimento. Quando aquecemos

água à pressão atmosférica, a temperatura não sobe acima dos 100 ºC, porque a essa temperatura

a pressão de vapor da água é igual à pressão atmosférica e podem formar-se bolhas de vapor que



vão libertando o calor fornecido. No entanto em recipientes polidos no microondas pode não

existir o "motor de ignição" que origina o aparecimento das primeiras bolhas de vapor Nesse caso

a água pode aquecer demasiado sem ferver. Este processo é perigoso - só falta a faísca para se dar

a explosão - que em geral é a agitação pelo retirar do recipiente do microondas, pela introdução

do saco de chá na água ou ao colocar o recipiente sobre uma superfície fria de modo que cause

uma variação térmica: nesse momento a água ferve toda de uma vez com tal violência que em

geral certas quantidades saem do recipiente podendo provocar graves queimaduras.

Nós vemos o prato dentro do microondas porque a luz (radiação electromagnética)

atravessa a janela. Será que há perigo das microondas também poderem sair por essa mesma

janela? A resposta é negativa. Se olharmos mais atentamente para a janela do microondas

notamos que ela se encontra completamente coberta por uma rede metálica repleta de pequenos

buracos. As ondas eletromagnéticas penetram pouco dentro dos condutores elétricos. E se os

condutores forem constituídos por uma malha de orifícios só a radiação com comprimentos de

onda muito inferiores às dimensões dos orifícios é que conseguem penetrar. É esta a diferença!.

As microondas têm comprimentos de onda da ordem do centímetro e por isso não atravessam a

rede metálica que cobre toda a janela; pelo contrário a luz com comprimentos de onda cerca de

dez a cem mil vezes mais pequenos passa sem dificuldade pela dita rede vemos por isso os

alimentos a aquecer.

A-10- Bronzeamento Solar

O sol emite vários tipos de radiação. Toda radiação emitida pelo sol é chamada de

radiação solar.

A radiação solar é composta pela radiação infravermelha (IV), pela luz visível e pela

radiação ultravioleta (UV). Apesar de existirem fontes artificiais de luz bem eficientes, o sol

ainda é a maior fonte de luz natural para o nosso mundo.

A radiação solar produz efeitos benéficos e efeitos danosos à pele. A sua ação está

diretamente relacionada à quantidade de radiação, ou seja, ao tempo de exposição.

Os efeitos benéficos são principalmente a formação da vitamina D3, que fixa o cálcio nos

ossos, combatendo algumas doenças ósseas (raquitismo, osteoporose).

Quanto aos efeitos danosos, a pele humana pode sofrer severas agressões quando exposta

ao sol, principalmente pela radiação ultravioleta que compõe o espectro solar.



A radiação ultravioleta é uma radiação eletromagnética, que também faz parte da radiação

solar que atinge a Terra.

A radiação ultravioleta tem três subdivisões, de acordo com seu comprimento de onda: A,

B e C.

A ultravioleta A (UVA) inicia-se em 400nm (vizinha a luz visível) indo até 320nm. A

radiação UVA é menos ativa que a UVB para reações na pele. A sensibilidade do indivíduo à

radiação ultravioleta depende do seu tipo de pele.

A ultravioleta B (UVB), situada entre 320nm e 290nm é a maior responsável pelas lesões

na pele. Produz reações agudas como o eritema solar (vermelhidão) até a queimadura solar.

A radiação ultravioleta C (UVC), situada entre 290nm e 100nm, é totalmente filtrada

(bloqueada) pela atmosfera terrestre e nunca chega até nós.

Grandes altitudes requerem cuidados extras: a cada 300 metros de altitude, aumenta em

cerca de 4% a intensidade da vermelhidão produzida na pele pela radiação ultravioleta.

Neve, areia e superfícies pintadas de branco são refletoras dos raios solares.

Portanto, nessas condições, os cuidados devem ser redobrados.

A-10.1- O bronzeamento artificial faz mal à saúde?

Com sol ou chuva, no verão ou no inverno, sempre vemos pessoas com um bronzeado,

principalmente atores de TV.

É que eles fazem o bronzeamento artificial através de máquinas especiais, ficando sob o

efeito de lâmpadas como se estivessem sob a luz solar.

De acordo com os fabricantes dessas máquinas de bronzeamento artificial, as lâmpadas

emitem apenas um tipo de radiação ultravioleta, a chamada ultravioleta A, e bloqueia, através de

filtros, o tipo chamado ultravioleta B que dizem ser os prejudiciais a nossa pele.

Mas trabalhos médicos recentes e de diversas instituições científicas alertam que o

bronzeamento artificial é igualmente perigoso, pois quem recebe diariamente raios ultravioleta,

do tipo A ou B, tem 20% a mais de probabilidade de adquirir câncer de pele.

A nossa atmosfera é dividida em três camadas: a troposfera que é a mais baixa, a

estratosfera que é a intermediária, e a ionosfera que é a camada mais externa.



A camada de ozônio é uma "capa" desse gás que envolve nosso planeta. Fica na

estratosfera, de 20 a 50km acima da superfície da Terra, e a protege de vários tipos de radiação,

sendo a principal delas a radiação ultravioleta, que é a maior causadora de câncer de pele.

No último século, devido ao desenvolvimento industrial, passaram a ser utilizados

produtos que emitem clorofluorcarbono (CFC), um gás que ao atingir a camada de ozônio reage

com as moléculas que a formam, causando uma destruição parcial da mesma e a conseqüente

diminuição da nossa proteção natural a vários tipos de radiações que vêm do espaço.

Acontece também na nossa atmosfera um fenômeno natural de manutenção de calor na

Terra denominado efeito estufa : certos gases retêm calor de uma maneira parecida com as

estufas de vidro para o cultivo de certas plantas.

Se esse fenômeno não acontecesse, nosso planeta teria na sua superfície uma temperatura

média igual a de um congelador (-18oC).

Mas, o que vem ocorrendo é o aumento desses gases que provocam o efeito estufa (os

mesmos gases que destroem a camada de ozônio), causando um aumento além do normal da

temperatura média na superfície da Terra.

Se isso continuar a acontecer, dentro de algumas dezenas de anos, esse aumento da

temperatura media poderá ser de alguns graus, causando sérias modificações climáticas,

ecológicas e econômicas.

PARTE B – Práticas em Laboratório

B-1- Experimento I - Cuba de Ondas

Objetivos: Estudar os fenômenos de reflexão, refração, interferência e difração de ondas numa

cuba d'água

Introdução: Uma das maneiras mais interessantes de se estudar as propriedades de propagação

das ondas é a partir da formação destas em uma cuba com água. As ondas na água movem-se na

superfície não atingindo uma profundidade apreciável. As observar as ondas na água nota-se que

estas se apresentam conforme ilustrado na Figura 1, onde a parte superior é denominada de crista

e a inferior de depressão ou vale.



Numa cuba de ondas, com fundo transparente, torna-se possível projetar as imagens das

ondas em um anteparo. Essas imagens são produzidas porque as cristas das ondas atuam como

lentes convergentes e focalizam a luz de uma lâmpada no anteparo, enquanto as depressões,

atuando como lentes divergentes, tendem a dispersá-la. Dessa forma, as cristas aparecem no

anteparo como faixas brilhantes, enquanto as depressões aparecem escuras. Com esse sistema

pode-se estudar os fenômenos de reflexão, refração, difração e interferência utilizando as

imagens produzidas pelas ondas na cuba.

Crista Vale

Água

Figura 1 - Ondas formadas na superfícieda água, formando cristas e vales que atuam como lentes.

Nesse experimento iremos estudar os quatro fenômenos.



irPulso incidente

Pulso refratado

b) Refração

λ1 λ2

Meio 1 Meio 2

i

r Barreira

Pulso incidente

Pulso refletido

a) Reflexão

Fonte 1 Fonte 2

c) Interferência

Pulso incidente

Pulso difratado

Fenda

d) Difração

Lista de Material: Estroboscópio, cuba com água, sistema de suporte para cuba, anteparo branco

para folha A4, vibrador com frequencímetro, objetos de acrílico em diferentes formas para

anteparos, paquímetro, régua ou trena.

Procedimento Experimental: Os diferentes experimentos serão realizados em diferentes

montagens, em esquema de rodízio. Para cada sistema, no seu início, coloque água na cuba até

uma altura de 0,5 a 0,75cm. Ligue a fonte e varie lentamente a freqüência do motor do vibrador.

Observe as ondas no anteparo e procure estabelecer o melhor foco possível. Desligue o motor,

coloque uma lâmina de acrílico transparente no fundo da cuba e observe a sua imagem no

anteparo. Meça o fator de ampliação da imagem. Procure estudar cada um dos fenômenos abaixo

da melhor maneira possível realizando ao menos as investigações indicadas. Use sua criatividade

para propor novas medidas, relatando-as ao professor antes de realizar qualquer alteração no

equipamento do laboratório.

a) Experimento de Reflexão:

a.1) produzir ondas planas utilizando três freqüências de vibração de 10, 20 e 30 Hz.

Anotar as figuras obtidas e determinar o comprimento de onda, e a velocidade de propagação da

onda.



a.2) inserir na cuba um anteparo retilíneo, com três ângulos diferentes. Analisar as ondas

incidentes e refletidas em função do ângulo para uma freqüência fixa.

a.3) inserir um obstáculo curvilíneo e estudar as diferentes reflexões.

b) Experimento de Refração:

b.1) produzir ondas planas. Inserir a placa de acrílico oblíqua em relação a direção de

propagação das ondas.

b.) obter e analisar o espectro resultante para ao menos duas inclinações diferentes e duas

freqüências diferentes.

c) Experimento de Interferência:

c.1) utilizar uma fonte pontual e obter a figura resultante para 10, 20 e 30Hz. Analisar

obtendo o comprimento de onda e velocidade de propagação da onda.

c.2) utilizar duas fontes pontuais presas ao gerador e distanciadas de 5 cm com

freqüências de 10, 20 e 30 Hz. Marcar a figura resultante e estudar o fenômeno observado.

c.3) repetir o experimento para distanciamentos de 7.5 e 10 cm.

d) Experimento de Difração:

d.1) utilizar um gerador de ondas planas com freqüência de 10, 20 e 30Hz. Colocar um

obstáculo reto com uma fenda e estudar a figura resultante em função da abertura da fenda.

d.2) colocar um obstáculo reto com duas fendas em paralelo e estudar o fenômeno

observado.

B-2- Experimento 2 - Interferência e difração

Objetivos: a) estudar a natureza ondulatória da luz através dos efeitos de difração e interferência

por fendas; b) estudar o efeito da interferência em diferentes situações; c) aplicar o princípio de

Babinet.

Fenda simples



A figura acima apresenta uma onda plana de comprimento de onda � incidindo numa

fenda de largura a. O padrão de difração, intensidade versus �, esta esquematicamente

representado na figura. [“Figura retirada de “Experiments in Physics” de Daryl W. Preston, John

Wiley & Sons, 1985”]

O campo elétrico total (superposição dos campos de cada radiador) num ponto da tela

especificado por r e � é

)cos(),,( 0 tkrsenEtrE ωα

αθ −= Eq. 1

em que E0 é a amplitude do campo elétrico, k é o número de onda 2π/λ, ω é a freqüência angular

2π/T, e

θ

λπα sena

= Eq. 2

A intensidade é proporcional ao quadrado da onda total, e a média temporal da

intensidade para um dado r, )(θI é:

∫∝T

dttET

I0

2 ),(1)( θθ Eq. 3



portanto no nosso caso,

2

0)( ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

ααθ senII

Eq. 4

A dependência angular esta contida em α. A função (sen α/α)2 é chamada de “fator de

difração”. Os mínimos no padrão de difração ocorrem quando )(θI = 0. Esta condição requer

portanto que:

λθ msena m =⋅ m = 1,2,3,... Eq. 5

em que: m – é o número da ordem do padrão de difração

θm – é o ângulo entre o meio do padrão e o mínimo de ordem m do padrão de

difração.

Fenda dupla

O caso de duas fendas é apresentado na Figura 2, para fendas com separação d. Cada

fenda produz uma onda dada pela equação 1. Estas duas ondas superimpostas produzem a onda

total.

A média temporal da intensidade para um dado r é:



2

20

sin)(cos4)( ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

ααβθ iI

Eq. 8

sendo θ

λπβ send

= (Eq. 7)

e α é dado pela eq. 2.

O termo (cos β)2 é chamado de “fator de interferência”. Note que )(θI envolve o produto

do “fator de interferência” e o “fator de difração”. O fator de interferência é máximo para aqueles

valores de θ que satisfaçam a seguinte equação:

λθ msind m =⋅ m = 0,1,2,3,… Eq. 9

em que:

θm – é o ângulo entre o meio do padrão e o máximo de ordem m do padrão de difração.

Material: Laser, fenda simples, fenda dupla (dois modelos), trena, paquímetro, papel em branco e

lamina de microscópio.

Procedimento experimental

Fenda simples

1) Faça uma montagem como a sugerida na Figura 1. Dado o comprimento

de onda do laser em uso determine a largura da fenda utilizando a equação 5.

Fenda dupla

2) Faça uma montagem como a sugerida na Figura 2. Dado o comprimento de onda do

laser em uso determine a largura da fenda utilizando a equação 9. Repita o procedimento com a

segunda fenda disponível.

B-3- Experimento 3 – Raio de curvatura da córnea

Objetivos: a) Utilizar os conceitos adquiridos referentes a ótica física para a medida do raio de

curvatura de superfícies esféricas refletoras; em especial da córnea.



Para a medida da curvatura da córnea vamos tratar a córnea como um espelho convexo.

Nesse caso, lembre-se que dado um objeto qualquer, a imagem será sempre virtual, a ampliação

do mesmo pelo espelho convexo é dada por:

ssm '

−=, Eq. 1

em que, s é a distância do objeto ao espelho e s’, a distância da imagem ao espelho. Conhecendo

s e m, portanto podemos determinar s’. Lembrando-se que:

Rfss21

'11

==+, Eq. 2

podemos portanto determinar o valor do raio de curvatura (R) do espelho (ou da córnea).

Materiais: Lâmpadas, bolinhas de metal, lentes, régua, trena, paquímetro e suporte para cabeça e

bolinhas de metal.

Procedimento experimental

1) Construa um telescópio e determine o seu poder de ampliação.

2) Faça uma montagem para a determinação do raio de curvatura de uma bolinha de

metal. Determine o raio de curvatura da bolinha de metal utilizando o paquímetro e sua

montagem.

3) Utilizando a mesma montagem, determine o raio de curvatura da córnea de todos

os integrantes do seu grupo de trabalho.

PARTE C – Experiências em Sala de Aula

Fio de Cabelo

Segundo o princípio de Babinet como deveria ser o padrão de difração de um fio de

cabelo. Verifique experimentalmente e deduza a espessura do seu cabelo.



BIBLIOGRAFIAS

BIBLIOGRAFIA

Eduardo de Campos Valadares. Física Mais que Divertida. 2ª Ed. Editora UFMG.

Keller, F.J., Gettis, W.E. e Skove, M.J., Física, vol.1, Makron Books, 1999.

Tipler, P.A., Física, vol.1, Ed.Guanabara Dois, 1980 e re-edições.

http://www.fisicaparatodos.com.br

http://www.scb.org.br/inspiracao/naturezaviva/2k20204.asp

http://www.radiohaus.com.br/espectro4.htm

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