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UNIDADE

Ondas e luz

Fotografia de um local aberto, céu escuro, com a silhueta de uma pessoa em pé com um dos braços erguidos na altura do rosto. Atrás dela há rastros luminosos amarelados e alaranjados, com formato de circunferências, uma dentro da outra. À frente dela, no chão, o reflexo dessa imagem na água. — Foto registrada utilizando a técnica *Light painting* (pintura de luz, em português) em Lahore, Paquistão, em 2021.

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Em momentos de lazer, podemos, por exemplo, assistir a um filme na televisão ou no cinema, ouvir músicas, cantar, jogar videogames e registrar fotos, como a mostrada anteriormente.

Nessas atividades, os sons emitidos pelos alto-falantes dos diferentes equipamentos são recebidos por nossas orelhas. Já a luz proveniente das telas é recebida por nossos olhos. O som e a luz são exemplos de fenômenos ondulatórios que podem estimular órgãos relacionados aos nossos sentidos, como as orelhas e os olhos. Desse modo, recebemos informações e interagimos com o ambiente.

Iniciando a conversa

1. O que podemos visualizar na imagem?

2. Para você, o que é a luz?

3. Seria possível observar o mesmo efeito apresentado na foto se ela fosse registrada em um ambiente iluminado? Por quê?

4. A imagem apresentada foi registrada em um ambiente urbano. Como você acha que os sons do ambiente chegavam até as orelhas das pessoas que estavam no local?

Agora vamos estudar...

o que é uma onda;
as características gerais das ondas;
a classificação das ondas quanto à direção de oscilação e à sua natureza;
as propriedades e características do som;
as ondas eletromagnéticas e suas aplicações;
a luz visível e suas propriedades;
a interação da luz com os materiais;
a decomposição da luz visível;
os espelhos e as lentes.

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CAPÍTULO

9 Ondas

Analise a imagem a seguir.

Fotografia de uma rua íngreme, repleta de pessoas, cercada por construções, e, entre as pessoas, alguns veículos. — Vista da Rua 25 de Março, na cidade de São Paulo, SP, em 2021.

Questão 1. Que tipos de ruídos você acha que há no ambiente da foto?

Questão 2. Em sua opinião, ruídos intensos podem prejudicar a audição humana? Justifique.

Nos ambientes que frequentamos, como as ruas das cidades, geralmente, são emitidos vários tipos de sons, como de pessoas falando e de veículos, que estimulam estruturas existentes em nossas orelhas. Para compreendermos como o som é produzido e como ele chega até nossas orelhas, vamos estudar inicialmente o conceito de ondas e algumas de suas propriedades. Para isso, realize a atividade prática sugerida a seguir.

Vamos praticar

Material

corda de, aproximadamente, $3 metros$ de comprimento

A. Com o professor e os colegas, amarrem uma das extremidades da corda em um ponto fixo da sala de aula.

B. Movimentem rapidamente a outra extremidade da corda para cima e para baixo, uma única vez, gerando um pulso na corda.

Representação com elementos não proporcionais entre si. Cores-fantasia.

Ilustração de uma pessoa em pé no lado esquerdo, usando jaleco branco e óculos, segurando a ponta de uma corda esticada, que está presa a uma superfície no lado direito. Há a indicação de que a pessoa está fazendo um movimento para cima com o braço, e há uma ondulação na parte de cima da corda com a indicação: pulso de onda. — Imagem referente à etapa B.

C. Agora, repitam o mesmo movimento da etapa B na corda diversas vezes.

a) O que aconteceu com o pulso de onda ao realizar a etapa B? E ao realizar a etapa C?

Fonte de pesquisa: HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de física: gravitação, ondas e termodinâmica. Tradução: Ronaldo S. de Biasi. 10. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016. v. 2. p. 119.

Ao realizar a atividade prática com a corda, você deve ter percebido que, repetindo o mesmo movimento diversas vezes, produziu-se um movimento oscilatório, uma onda. A seguir, vamos estudar algumas características das ondas.

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Características gerais das ondas

Na atividade prática da página anterior, a energia da oscilação aplicada em uma das extremidades da corda é transportada até a outra extremidade, fazendo partes da corda subirem e descerem, sem que ela se movimente para frente ou para trás. Isso ocorreu porque, de modo geral, as ondas são movimentos oscilatórios que transportam energia, mas não transportam matéria.

Alguns tipos de ondas se propagam por meios materiais, como o ar, a água e o solo. No entanto, há ondas que não precisam de um meio material para isso, como as que se propagam no vácuo^✚.

Agora, vamos representar o movimento oscilatório da corda da atividade prática da página anterior para identificarmos algumas características importantes das ondas. Analise a imagem a seguir.

Vácuo:: vazio, espaço desprovido de matéria.^↰

Ilustração de uma corda com ondulações, na horizontal. Passando no meio da onda, uma linha reta tracejada, na horizontal, o eixo de propagação da onda; abaixo, uma seta para direita, indicando o sentido de propagação da onda. Nas ondulações que estão na parte de cima, os pontos mais altos são as cristas, indicados com as letras A, E, I e a letra M. Nas ondulações que estão na parte de baixo, os pontos mais baixos são os vales, indicados com as letras C, G e a letra K. Entre dois pontos consecutivos, mais altos ou mais baixos, tem-se o ciclo. As partes da corda que passam pela linha tracejada do eixo de propagação das ondas estão indicados com as letras B, D, F, H, J e a letra L. — Representação da propagação de onda em uma corda.

Fonte de pesquisa: TREFIL, James; HAZEN, Robert M. Física viva: uma introdução à física conceitual. Tradução: Ronaldo S. de Biasi. Rio de Janeiro: LTC, 2006. v. 2. p. 5.

Os pontos indicados pelas letras A, E, I e M são conhecidos como cristas e representam a parte mais elevada da onda. Os pontos indicados pelas letras C, G e K são os mais baixos da onda e conhecidos como vales. Já os pontos B, D, F, H, J e L interceptam o eixo de propagação da onda e são chamados nós. Quando uma onda executa uma oscilação completa – de crista a crista ou de vale a vale –, dizemos que ela completou um ciclo.

A distância de um ciclo completo ou a menor distância a partir da qual a onda se repete é chamada comprimento de onda. Por exemplo, a distância entre duas cristas consecutivas ou entre dois vales consecutivos é um comprimento de onda. Assim, as distâncias entre as cristas A e E, entre os vales C e G e também entre os pontos B e F são exemplos do comprimento de onda.

O comprimento de onda e a amplitude são características importantes que devemos verificar ao realizarmos um estudo sobre uma onda.

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Na imagem a seguir são apresentadas as medidas do comprimento e amplitude de uma onda. Analise-a.

Ilustração de uma corda, na horizontal, com duas ondulações na parte de cima e duas na parte de baixo. Na parte superior da corda os pontos nas cristas estão indicados com a letra A e a letra E. Na parte inferior da corda, os pontos nos vales estão indicados com a letra C e a letra G. Há uma linha entre as cristas, que vai do ponto A até o ponto E, indicada com o número 1, e uma linha entre os vales, que vai do ponto C até o ponto G, indicada com o número 2. No indicativo 5, o eixo de propagação das ondas, uma linha reta tracejada, na horizontal, passando no meio da onda, com os pontos em que a corda passa por ele indicados com as letras B, D e a letra F. Há duas linhas verticais ao lado da corda, com os indicativos 3 e 4. A linha 3 está entre o ponto mais alto da ondulação superior, a crista, e a linha tracejada. A linha 4 está entre o ponto mais baixo da ondulação inferior, o vale, e a linha tracejada. — Representação da propagação de onda em uma corda.

Fonte de pesquisa: HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de física: gravitação, ondas e termodinâmica. Tradução: Ronaldo S. de Biasi. 10. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016. v. 2. p. 121.

O comprimento de onda (1 e 2) é representado pela letra grega lambda $(λ)$ , e sua unidade de medida, no Sistema Internacional de Unidades (SI), é o metro $(m)$ . Porém, é comum utilizarmos outras unidades de medida, como o centímetro $(cm)$ , o quilômetro $(km)$ e o nanômetro $(nm)$ . A amplitude de uma onda (3 e 4) é a distância entre a crista ou o vale e o eixo de propagação da onda (5).

Outras características importantes no estudo das ondas são a frequência, o período e a velocidade de propagação da onda.

A frequência de uma onda, representada pela letra f, é dada pela quantidade de ciclos completos em determinada unidade de tempo. No SI, a unidade de medida de frequência é o hertz $(Hz)$ , em homenagem ao físico alemão Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894).

A imagem a seguir representa duas ondas se propagando ao longo de 1 segundo.

Ilustrações de duas cordas com ondulações, na horizontal, uma em baixo da outra. Na parte inferior das ilustrações, na extensão das ondas, há uma linha horizontal indicando o tempo de 1 segundo. Na ilustração com a letra A, a corda tem uma ondulação para cima e outra para baixo. A onda inicia e termina na linha reta tracejada horizontal, que representa o eixo de propagação da onda, e que passa no meio da onda. Na parte de cima há outra linha horizontal, na extensão dessa onda, indicando 1 ciclo. Na ilustração com a letra B, há duas ondulações na parte de cima e duas ondulações na parte de baixo. Ela inicia e termina na linha reta tracejada horizontal, que passa no meio da onda. Na primeira metade dessa corda, onde se inicia a primeira ondulação de cima e termina a primeira ondulação de baixo, há uma linha horizontal indicando 1 ciclo. Na segunda metade, com outra ondulação acima e abaixo, há mais uma linha horizontal indicando mais 1 ciclo. — Representação da frequência de duas ondas (A e B) no intervalo de tempo de $1 segundo$ .

Fonte de pesquisa: TREFIL, James; HAZEN, Robert M. Física viva: uma introdução à física conceitual. Tradução: Ronaldo S. de Biasi. Rio de Janeiro: LTC, 2006. v. 2. p. 9.

A. Quando um ciclo se completa em um segundo, podemos dizer que a frequência da onda é de $1 hertz$ .

$início de fração, numerador: 1 ciclo, denominador: 1 segundo, fim de fração igual a 1 hertz igual a 1 h z$

B. Quando dois ciclos se completam em um segundo, podemos dizer que a frequência da onda é de $2 hertz$ .

$início de fração, numerador: 2 ciclos, denominador: 1 segundo, fim de fração igual a 2 hertz igual a 2 h z$

Questão 3. Imagine que uma corda oscilante complete 36 ciclos em 3 segundos. Qual é a frequência de oscilação nessa corda? Faça os cálculos em seu caderno.

Em um movimento oscilatório, o tempo necessário para completar um ciclo é chamado período, que é representado pela letra T. No SI, a unidade de medida do período é o segundo $(s)$ .

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Para compreender melhor o conceito de período, considere os casos a seguir. Eles representam três ondas se propagando em cordas diferentes no intervalo de 1 segundo.

Ilustrações de três cordas com ondulações, na horizontal, uma em baixo da outra. Na parte inferior das ilustrações, na extensão das ondas, há uma linha horizontal indicando o tempo de 1 segundo. Em cada corda há uma linha reta tracejada horizontal, o eixo de propagação da onda, que passa no meio da onda. Todas as ondas iniciam e terminam na linha reta tracejada. Na ilustração indicada com a letra A, há um ciclo formado por uma ondulação na parte de cima e uma ondulação na parte de baixo. Na ilustração indicada com a letra B, há 2 ciclos: uma ondulação na parte de cima seguida de uma ondulação na parte de baixo que se repete duas vezes. Na ilustração indicada com a letra C, há 4 ciclos: uma ondulação na parte de cima seguida de uma ondulação na parte de baixo que se repete 4 vezes. — Representação do período em três ondas diferentes (A, B e C).

Fonte de pesquisa: TREFIL, James; HAZEN, Robert M. Física viva: uma introdução à física conceitual. Tradução: Ronaldo S. de Biasi. Rio de Janeiro: LTC, 2006. v. 2. p. 9.

A. Nesta onda, um ciclo é completado em 1 segundo. Dessa forma:

$f igual a 1 hertz$

$T igual a início de fração, numerador: 1, denominador: 1, fim de fração. Assim T igual a 1 segundo$

B. Nesta onda, dois ciclos foram completados em 1 segundo. Assim:

$f igual a 2 hertz$

$T igual a início de fração, numerador: 1, denominador: 2, fim de fração. Assim T igual a 0 vírgula 5. Portanto T igual a 0 vírgula 5 segundos$

C. Nesta onda, quatro ciclos foram completados em 1 segundo. Portanto:

$f igual a 4 hertz$

$T igual a início de fração, numerador: 1, denominador: 4, fim de fração. Assim T igual a 0 vírgula 25. Portanto T igual a 0 vírgula 25 segundos$

Notamos que o período está relacionado à frequência da seguinte forma.

$T igual a início de fração, numerador: 1, denominador: f, fim de fração$ ou $f igual a início de fração, numerador: 1, denominador: T, fim de fração$

, em que:

T é o período;
f é a frequência.

A velocidade de propagação de uma onda indica a rapidez de propagação dela e pode ser determinada pelas relações a seguir.

$v = \frac{λ}{T}$ ou $v = λ \cdot f$

, em que:

$v$ é a velocidade de propagação da onda;
$λ$ é o comprimento da onda;
$T$ é o período da onda;
$f$ é a frequência da onda.

Sugestões complementares

Para produzir ondas em uma corda e analisar suas propriedades, acesse o simulador Onda em corda no site PhET. Nele é possível ajustar a frequência e a amplitude da onda, assim como medir seu comprimento com uma régua. Com isso, você pode, inclusive, calcular a velocidade de propagação da onda na corda.

Onda em corda. Disponível em: https://oeds.link/AKaiav. Acesso em: 13 abr. 2022.

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Ondas do mar

Os fenômenos ondulatórios também podem ser observados na água. As ondas que vemos no mar são um exemplo disso.

Geralmente as ondas do mar são geradas em locais afastados da costa, pela ação dos ventos na superfície da água ou por tempestades em alto-mar, e podem se propagar até áreas próximas da costa. Elas são diferentes daquelas geradas em uma corda, pois têm cristas mais pontiagudas e vales, também chamados calhas, mais arredondados.

Fotografia de uma praia, com sequência de ondas no mar indo em direção à areia. — Ondas do mar em Maraú, BA, em 2021.

Além dos fenômenos citados anteriormente, os terremotos também podem gerar ondas no mar do tipo tsunamis, que são diferentes das ondas normais.

Os tsunamis têm comprimentos de onda maiores, entre $10 quilômetros$ e $500 quilômetros$ , períodos que variam de alguns minutos até meia hora e podem se propagar com velocidades de até $800 quilômetros por hora$ (aproximadamente $222 metros por segundo$ ). As ondas do mar normais têm comprimentos de onda de até algumas centenas de metros e períodos de até $30 segundos$ .

Em alto-mar, um tsunami pode passar despercebido, mas ao se aproximar da costa sua velocidade diminui, variando de $5 metros por segundo$ a $8 metros por segundo$ , e seu comprimento de onda também diminui. Isso faz a amplitude da onda aumentar. Por isso, um tsunami pode atingir a costa com ondas de até $30 metros$ de altura.

Ondas transversais e ondas longitudinais

As ondas podem ser classificadas em transversais ou longitudinais, dependendo de seu movimento oscilatório e da direção de sua propagação. Analise a imagem a seguir.

Representação com elementos não proporcionais entre si. Cores-fantasia.

A pessoa realiza movimentos para cima e para baixo na extremidade livre da corda, gerando pulsos que se propagam ao longo da corda. Nesse caso, a oscilação da corda é na direção vertical, e a propagação ocorre na direção horizontal. Note que a direção da propagação da onda é perpendicular à direção de oscilação. Esse é um exemplo de onda transversal.

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Agora, analise a imagem a seguir.

Representação com elementos não proporcionais entre si. Cores-fantasia.

Ilustração de um alto-falante à esquerda, e na sua frente, uma sequência de linhas na vertical. Há regiões em que as linhas estão mais próximas umas das outras, seguida de regiões que elas estão mais afastadas. Essas regiões se alternam à frente do alto-falante. Há uma seta horizontal com duas pontas acima das linhas verticais, apontando para esquerda e para direita, com a seguinte indicação: direção de oscilação. Abaixo, há uma outra seta horizontal apontando para direita, com a seguinte indicação: direção de propagação. — Representação da propagação de ondas sonoras, exemplo de ondas longitudinais.

Fonte de pesquisa: HEWITT, Paul G. Física conceitual. Tradução: Trieste Freire Ricci. 12. ed. Porto Alegre: Bookman, 2015. p. 378.

A onda sonora produzida pelo alto-falante se propaga no ar e oscila produzindo compressões e rarefações nesse meio. A propagação da onda sonora tem a mesma direção da vibração que a produz.

A onda que apresenta direção de oscilação paralela à direção de propagação é chamada onda longitudinal.

Ondas mecânicas e ondas eletromagnéticas

As ondas também podem ser classificadas e agrupadas de acordo com algumas características que têm em comum. Entre esses grupos, destacamos o das ondas mecânicas e o das ondas eletromagnéticas.

As ondas mecânicas se caracterizam por necessitar de um meio material, sólido, líquido ou gasoso, para se propagar. As ondas sonoras são exemplos de ondas mecânicas. Já as ondas eletromagnéticas não necessitam de meio material, podendo se propagar no vácuo. A luz e as ondas de rádio são exemplos desse tipo de onda.

Ondas sonoras

Agora que você estudou características e propriedades gerais das ondas, vamos conhecer um pouco mais sobre as ondas sonoras. O som e os fenômenos relacionados a ele são estudados pelo ramo da Física chamado Acústica.

Fotografia de duas meninas com cabelos pretos e lisos, usando saias e blusas curtas, com grafismos indígenas nas roupas e nos braços; a menina à frente está usando as mãos para tocar um tambor, um instrumento cilíndrico de madeira. — Indígenas da etnia Sateré Mawe tocando instrumentos musicais, no município de Manaus, AM., em 2014.

As ondas sonoras são classificadas como mecânicas e longitudinais. Por serem mecânicas, elas necessitam de um meio para se propagar, seja ele sólido, líquido ou gasoso. Na ausência de meio material, o som não se propaga.

Questão 4. Explique como a indígena da foto produz som com o tambor. Registre sua resposta no caderno.

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Podemos gerar ondas sonoras produzindo vibrações, por exemplo, quando falamos, cantamos ou tocamos um instrumento musical de cordas, de percussão ou de sopro. O som produzido por uma fonte sonora pode se propagar pelo ar e ser captado por nossas orelhas. Analise a seguir como ocorre a produção e a percepção dos sons nos seres humanos.

Representação com elementos não proporcionais entre si. Cores-fantasia.

Fotografia de uma mulher sentada no chão, com as pernas cruzadas, tocando um violão. Há um marcador com a letra A próximo à mulher, que está com a boca aberta, cantando. A garganta da mulher está indicada com o marcador B. Na frente da boca da mulher há a representação de linhas curvas, que estão indicadas com o marcador C. O violão que ela está tocando está marcado com a letra D e também há linhas curvas na frente dele, que estão indicadas com o marcador E.

Ilustração de uma estrutura com formato aproximado de um triângulo invertido. Na parte interna há uma cavidade com duas dobras verticais nas bordas, as pregas vocais.

Pessoa cantando e tocando violão, com representação das ondas sonoras produzidas pelas cordas vocais e pelas cordas do violão. Na imagem B, representação de parte da laringe com destaque para as cordas vocais humanas.

Ao cantar (A), o ar que sai dos pulmões da pessoa provoca vibrações em suas pregas vocais (B), produzindo ondas sonoras (C). Ao dedilhar o violão (D), a pessoa faz as cordas esticadas desse instrumento também vibrarem. Essas vibrações produzem regiões de baixa e de alta pressão no ar, propagando-se e formando as ondas sonoras (E).

Representação com elementos não proporcionais entre si. Cores-fantasia.

Ilustração em recorte de uma orelha e do sistema auditivo. Há ondas em formato de linhas curvas em direção à parte externa da orelha, indicada como pavilhão auricular. As ondas continuam por dentro de uma estrutura tubular, o meato acústico externo, e chegam até uma estrutura redonda, a membrana timpânica. Depois dela há três pequenos ossos conectados, martelo, bigorna e estribo. Atrás dos ossos há uma membrana, a janela do vestíbulo. Em seguida, uma estrutura formada por pequenos tubos, os canais semicirculares, e depois, uma estrutura em formato de espiral, a cóclea.

Ilustração da silhueta de uma cabeça com destaque para o encéfalo, com formato arredondado e superfície irregular. Abaixo dele há uma estrutura menor com formato de semicírculo e um pequeno tubo na vertical.

Representações de estruturas relacionadas à percepção do som: orelha em corte (imagem F) e estruturas da porção central do sistema nervoso, em uma silhueta (imagem G).

Fonte de pesquisa: TORTORA, Gerard J. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. Tradução: Cláudia L. Zimmer, Régis Zimmer e Ane R. Bolner. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2000. p. 274, 410.

Quando as ondas sonoras alcançam a orelha de uma pessoa (F), elas atingem o pavilhão auricular e passam ao meato acústico externo.

Em seguida, as ondas se propagam para a membrana timpânica, fazendo-a vibrar. Essa vibração é transferida para uma sequência de ossos: o martelo, a bigorna e o estribo. Como o martelo, a bigorna e o estribo estão interconectados, passam a vibrar com a mesma frequência da onda sonora.

Então, o estribo se movimenta para frente e para trás, vibrando a janela do vestíbulo. Desse modo, são produzidas vibrações no líquido interno presente na cóclea. Esses movimentos estimulam células sensoriais da cóclea, que geram impulsos nervosos que são transmitidos ao encéfalo (G). Nesse órgão, os impulsos nervosos são processados e interpretados.

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Propriedades das ondas sonoras

Quando ouvimos os sons que vários instrumentos musicais emitem, como durante uma apresentação de orquestra, percebemos que eles não são iguais. O som emitido por um contrabaixo acústico, por exemplo, é mais grave do que o produzido por um violino. Isso ocorre porque esses sons apresentam diferentes propriedades.

Imagens não proporcionais entre si.

Fotografia de pessoas sentadas em cadeiras tocando instrumentos musicais em um palco, em volta de uma pessoa em pé com os braços levantados. — Orquestra.

As diferentes propriedades das ondas sonoras nos permitem identificar diferentes tipos de sons. Entre essas propriedades, podemos destacar a sua frequência e a sua intensidade.

Os termos "grave" e "agudo" estão relacionados à frequência das ondas sonoras. Os sons graves, chamados baixos, apresentam frequências menores que os sons agudos, chamados altos.

O sistema auditivo do ser humano nos permite perceber sons numa faixa de frequência entre $20 hertz$ e $20.000 hertz$ . Sons emitidos fora dessa faixa de frequência não são percebidos pelo ser humano por meio da audição. Alguns animais têm faixa de audição diferente da dos seres humanos. Os cachorros, por exemplo, são capazes de ouvir sons com frequência de até $420.000 hertz$ .

Uma onda sonora com frequência abaixo do limite inferior da faixa da audição humana $abre parênteses 20 hertz fecha parênteses$ é chamada infrassom. Já uma onda sonora emitida com frequência acima do limite superior da audição humana $abre parênteses 20.000 hertz fecha parênteses$ é chamada ultrassom.

A cuíca

A cultura brasileira tem diversas influências africanas. Isso porque, ao chegar ao Brasil, os imigrantes africanos trouxeram consigo seus costumes, culinária, dança e música.

O samba é um exemplo de gênero musical que tem origem africana e que utiliza instrumentos que também têm raízes na África, mas que foram modificados e incorporados a outros estilos musicais.

A cuíca, por exemplo, é um instrumento comum no samba e parecido com um tambor, com uma haste de madeira presa no centro da membrana, pelo seu interior. Para tocar, é necessário atritar um tecido molhado na haste de madeira e pressionar a membrana pela parte externa. Variando a pressão na membrana, é possível criar sons graves e agudos.

Fotografia apenas de parte do tronco e pernas de uma pessoa sentada, segurando um instrumento com formato cilíndrico, de metal; uma mão está no interior do instrumento e a outra sobre uma membrana na parte de cima. — Músico tocando uma cuíca.

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Analise a foto a seguir.

Fotografia de uma pessoa em uma rua, vestindo botas, um uniforme laranja, um protetor auricular, que se parece com fones de ouvido que cobrem toda a orelha, e capacete. Ela está com o tronco inclinado, segurando uma ferramenta com um disco sobre uma estrutura de metal, de onde estão saindo faíscas. — Operário cortando uma chapa de metal.

Questão 5. O que o trabalhador mostrado na foto está utilizando em suas orelhas? Qual é a principal função desse equipamento?

Questão 6. Cite outras situações em que o uso do equipamento citado na questão anterior se faz necessário.

Você provavelmente já ouviu ou falou expressões como "aumentar o som" ou "aumentar o volume". Expressões como essas se referem a uma importante grandeza física, chamada intensidade sonora. Essa grandeza mede a potência de uma onda sonora que atravessa determinada área e está relacionada à amplitude das ondas emitidas.

Os seres humanos têm capacidade de perceber sons em uma ampla faixa de intensidade sonora, que, na prática, medimos com uma grandeza conhecida como nível sonoro. Essa grandeza é uma relação entre a intensidade da fonte sonora e a intensidade mínima que o ser humano consegue perceber.

Fotografia em preto e branco de busto de homem com cabelos claros e curtos e uma barba comprida e clara. Ele está usando um terno escuro com gravata. — Retrato de Alexander Graham Bell.

A unidade de medida de nível sonoro mais utilizada é o decibel $(dB)$ , em homenagem ao inventor escocês Alexander Graham Bell (1847-1922), um dos desenvolvedores do telefone.

Leia, a seguir, as informações de um quadro que apresenta o nível sonoro médio produzido em algumas situações.

Nível sonoro médio produzido em algumas situações
Fonte de ondas sonoras	Nível sonoro
Sussurro	$30 decibéis$
Conversa normal	$60 decibéis$
Rua movimentada	$70 decibéis$
Liquidificador em funcionamento	$90 decibéis$
Concerto de rock; sirene de ambulância	$110 decibéis$
Decolagem de avião a jato	$150 decibéis$

Fonte de pesquisa: TREFIL, James; HAZEN, Robert M. Física viva: uma introdução à física conceitual. Tradução: Ronaldo S. de Biasi. Rio de Janeiro: LTC, 2006. v. 2. p. 31.

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Ficar exposto por tempo prolongado a intensidades sonoras elevadas pode provocar problemas de saúde, como estresse, danos ao aparelho auditivo, dores de cabeça, irritação e até mesmo surdez parcial ou total.

Dessa forma, pessoas que trabalham em ambientes com ruídos excessivos devem utilizar protetores auriculares, como o trabalhador mostrado na foto da página anterior. O protetor auricular tem a função de reduzir a intensidade sonora das ondas que chegam até as orelhas e, consequentemente, o nível sonoro. Leia no quadro a seguir algumas faixas de nível sonoro e o tempo máximo que se pode ficar exposto a elas diariamente, sem causar danos à saúde.

Tempo máximo de exposição a algumas faixas de nível sonoro
Nível sonoro de ruído	Tempo máximo de exposição diária
$85 decibéis$	$8 horas$
$90 decibéis$	$4 horas$
$92 decibéis$	$3 horas$
$100 decibéis$	$1 h$
$104 decibéis$	$35 minutos$
$110 decibéis$	$15 minutos$
$115 decibéis$	$7 minutos$

Fonte de pesquisa: BRASIL. Ministério da Saúde. Perda auditiva induzida por ruído (Pair). Brasília, DF, 2006. Disponível em: https://oeds.link/DlHb1S. Acesso em: 8 abr. 2022.

Eco

a) Você já esteve em um local onde ocorreu eco? Quais eram as características desse local?

Em geral, as ondas mecânicas têm a propriedade de serem refletidas quando encontram um obstáculo. Quando gritamos em uma sala grande e sem objetos, por exemplo, geralmente percebemos que ocorre uma intensificação do som emitido. Dependendo da distância do obstáculo, como uma parede, ouvimos novamente o som que emitimos após um pequeno intervalo de tempo. Essa situação caracteriza o eco. Analise a seguir como ocorre esse fenômeno.

Representação com elementos não proporcionais entre si. Cores-fantasia.

Ilustração de uma pessoa de perfil, em pé, com as mãos no entorno da boca, de frente para um paredão de terra. Indicadas com o número 1, ondas azuis crescentes em formato de faixas curvas partindo da boca da pessoa. Indicado com o número 2, o paredão de terra onde as ondas azuis chegam. Indicadas com o número 3, ondas vermelhas decrescentes em formato de faixas curvas, partindo do paredão em direção à pessoa. — Representação de como ocorre o eco.

Fonte de pesquisa: TREFIL, James; HAZEN, Robert M. Física viva: uma introdução à física conceitual. Tradução: Ronaldo S. de Biasi. Rio de Janeiro: LTC, 2006. v. 2. p. 26.

As ondas sonoras emitidas (1) pela pessoa se propagam até um obstáculo no ambiente (2).

Ao atingir o obstáculo, elas são refletidas (3), retornando às orelhas da pessoa.

Como o ambiente tem grandes dimensões e a velocidade do som no ar é de aproximadamente $340 metros por segundo$ , o trajeto percorrido pela onda sonora emitida e depois pela sua reflexão é relativamente grande. Com isso, a reflexão do som emitido pela pessoa retorna às orelhas dela após um intervalo de tempo, permitindo que ela possa ouvi-lo novamente.

O eco pode ser definido, então, como o som refletido que retorna às orelhas humanas em um intervalo de tempo em que seja possível distinguir o som emitido do som refletido.

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Ultrassom

Como estudamos anteriormente, os sons que têm frequência acima dos $20.000 hertz$ são chamados ultrassons. Apesar de não conseguirmos perceber esses sons por meio da audição, podemos utilizá-los em diversas áreas, como na Medicina e na indústria.

Na Medicina, o ultrassom é utilizado em um método conhecido como ultrassonografia, que permite obter imagens de partes internas do corpo humano de forma não invasiva. Por isso a ultrassonografia é muito utilizada no acompanhamento do embrião ou feto no período da gestação.

Imagens não proporcionais entre si.

Fotografia de uma imagem formada por um equipamento de ultrassom. Na imagem há parte de um feto com a boca aberta e os braços próximos ao rosto. — Imagem de feto em três dimensões (3D), obtida por meio de uma ultrassonografia.

O equipamento utilizado na ultrassonografia emite pulsos de ultrassom, que penetram no corpo. Esses pulsos incidem nas estruturas internas e nos órgãos e são refletidos de diferentes maneiras, dependendo da estrutura ou órgão em que incidem. As ondas refletidas são interpretadas por um computador, que gera a imagem da estrutura ou órgão do corpo de acordo com o tempo em que as ondas sonoras demoram para ser refletidas. Alguns aparelhos conseguem gerar imagens do feto em três dimensões (3D).

Por meio da análise das imagens obtidas na ultrassonografia, o médico pode verificar a existência de alterações nas estruturas e órgãos analisados, por exemplo.

O ultrassom também pode ser utilizado na indústria. Nesse caso, ele possibilita, por exemplo, identificar defeitos em máquinas, rachaduras, espaçamento entre peças, verificar a qualidade de soldas e emendas, além de avaliar a corrosão e o desgaste de peças. O acesso a esses tipos de informações possibilita controlar a qualidade dos materiais e prevenir acidentes resultantes de defeitos em peças e em máquinas, por exemplo.

Fotografia de uma pessoa de perfil usando um capacete, segurando em uma mão um equipamento com um visor, que está conectado por um fio a um filamento em forma de espiral. Com a outra mão a pessoa está segurando o filamento em forma de espiral sobre uma placa retangular de metal à sua frente; ao fundo, estruturas quadradas de metal. — Trabalhador utilizando ultrassom em uma placa de metal para identificar possíveis imperfeições.

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O tema é ...

Educação em direitos humanos

A deficiência auditiva e a música

A música, bem como a dança e outras formas de arte, geralmente está associada a momentos de entretenimento, lazer e descontração.

a) Qual é sua música preferida? Qual é o ritmo dela? O que você sente ao escutá-la?

Quando ouvimos uma canção, estamos captando vibrações que se deslocam pelo ar e chegam às nossas orelhas. No entanto, nem todas as pessoas podem vivenciar essa experiência por meio da audição. Isso porque elas têm deficiências auditivas que as impede de detectar sons do ambiente por meio das orelhas.

Para pessoas com deficiência no sistema auditivo, há trabalhos de sociabilização desenvolvidos por meio da musicalidade em várias escolas e associações do Brasil. Essas atividades têm por objetivo incluir a pessoa com deficiência auditiva no ambiente artístico de forma a respeitar a diversidade e mostrar que a música pode ser apreciada de diversas maneiras.

Você sabia que pessoas com deficiência auditiva são capazes de aprender a tocar diferentes instrumentos musicais? A banda Música do Silêncio, da cidade de São Paulo, por exemplo, é formada por pessoas com deficiência auditiva. Nessa banda, as pessoas com deficiência auditiva são responsáveis pelos tambores e dificilmente erram o ritmo da música.

Representação com elementos não proporcionais entre si. Cores-fantasia.

Ilustração de uma pessoa dançando em um palco, com um braço levantado e uma perna elevada do chão. Na sua frente, ainda no palco, há 7 músicos. Quatro delas estão tocando tambores, com uma partitura em frente. Atrás delas, há uma pessoa tocando bateria e duas tocando saxofone. — Representação da banda em que pessoas com deficiência auditiva tocam tambores.

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Quando uma pessoa toca um instrumento musical, provoca nele uma vibração que, por sua vez, faz o ar próximo ao instrumento vibrar com a mesma frequência. Essa vibração se propaga no ar em forma de ondas sonoras.

As vibrações produzidas pelos instrumentos musicais chegam a diferentes órgãos do corpo humano, como a pele, que vibra, resultado da interação que ela tem com a onda sonora incidente. As pessoas com deficiência auditiva têm maior sensitividade na percepção dos sons por meio da pele. Essa habilidade as auxilia a perceber determinadas informações sonoras do ambiente.

Devido à interação das ondas sonoras produzidas pelos instrumentos com a pele, a pessoa com deficiência auditiva identifica o ritmo, por exemplo, o que lhe possibilita dançar e tocar instrumentos musicais. As vibrações de alguns instrumentos musicais, como os apresentados a seguir, são mais facilmente identificadas pela pele.

Imagens não proporcionais entre si.

Fotografia de um instrumento com formato de triângulo, com uma das pontas não unida, e uma haste de metal separada. — Triângulo.

Fotografia de um instrumento de metal, de formato retangular, com pequenos discos de metal presos. Há duas alças em suas extremidades. — Chocalho.

Fotografia de um instrumento com formato redondo, com pequenos discos de metal presos na borda e uma membrana revestindo a superfície. — Pandeiro.

Fotografia de um instrumento musical composto por cinco tambores de tamanhos e alturas diferentes e três discos metálicos finos fixados em tripés. — Bateria.

Fotografia de um instrumento com formato cilíndrico, a parte externa de metal e na parte superior, uma membrana. — Surdo.

Fotografia de um instrumento com formato cilíndrico, a parte externa de madeira, com uma membrana revestindo a parte superior presa a cordas. — Tambor.

Agora, responda às questões a seguir em seu caderno.

1. Converse com os colegas e compartilhem suas impressões sobre o assunto tratado nesta seção.

2. Você considera importante que as pessoas com deficiência auditiva, ou com qualquer outra deficiência, desenvolvam atividades com outros indivíduos sem essa mesma característica? Converse com os colegas sobre esse assunto.

3. Junte-se a três colegas para pesquisar sobre práticas que contribuem para a inclusão de pessoas com deficiência auditiva em nossa sociedade. Com essas informações, elaborem cartazes apresentando as estratégias dessas iniciativas e a sua importância. Incluam também o alfabeto da Língua Brasileira de Sinais (Libras). Com ele, você e seus colegas da turma podem treinar como compor o nome de cada um de vocês.

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Atividades

Faça as atividades no caderno.

1. Explique o que é onda e cite exemplos de ondas presentes no seu dia a dia.

2. Em filmes de ficção científica que têm o espaço como cenário, é comum serem apresentados os sons provenientes de explosões. Seria possível que o som dessas explosões fosse ouvido no espaço? Justifique sua resposta.

Fotografia de uma cena com duas naves espaciais em um fundo escuro. À direita, uma nave com formato aproximadamente triangular, com várias extremidades pontiagudas. Ela está atirando em uma nave à esquerda, que tem formato aproximadamente retangular. No local atingido pelos tiros está ocorrendo uma explosão com uma labareda. — Representação de explosão de nave espacial, como as comumente retratadas em filmes de ficção.

3. Leia o trecho da reportagem a seguir.

OMS lança novo padrão para combater a crescente ameaça de perda auditiva

Mais de 1 bilhão de pessoas com idade entre 12 e 35 anos correm o risco de perder a audição devido à exposição prolongada e excessiva a música alta e outros sons recreativos. Isso pode ter consequências devastadoras para sua saúde física e mental, educação e perspectivas de emprego.

[…]

"Milhões de adolescentes e jovens correm o risco de perda auditiva devido ao uso inseguro de dispositivos de áudio pessoais e exposição a níveis sonoros prejudiciais em locais como boates, bares, shows e eventos esportivos", afirmou Bente Mikkelsen, diretora do Departamento de Doenças Não Transmissíveis da OMS. [...]

OMS lança novo padrão para combater a crescente ameaça de perda auditiva. Organização Pan-Americana da Saúde, 2 mar. 2022. Disponível em: https://oeds.link/qPoouN. Acesso em: 9 mar. 2022.

a) Anote no caderno as situações citadas no trecho de reportagem que podem gerar perda auditiva.

b) Quais são as propriedades do som relacionadas às situações citadas no item a?

4. O intervalo de tempo mínimo necessário para que consigamos distinguir dois sons de mesma frequência é de aproximadamente $0 vírgula 1 segundo$ . Com base nesse dado, calcule a distância mínima que uma onda sonora deve se deslocar antes de retornar à pessoa que a emitiu. Considere: $v com subscrito som igual a 340 metros por segundo$ .

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5. A imagem a seguir representa a forma de uma onda que se propaga em uma corda, em determinado instante.

Ilustração de uma corda com ondulações, na horizontal, sobre uma malha quadriculada com 4 quadrados na vertical e 18 quadrados na horizontal. Há duas ondulações na parte de cima e duas ondulações na parte de baixo. Cada quadrado da malha tem 1 centímetro de altura por 1 centímetro de largura. Considerando a contagem dos quadrados da esquerda para direita e de cima para baixo, a onda começa na extremidade esquerda do primeiro quadrado entre a segunda e a terceira linha. Ela tem uma crista entre o terceiro e o quarto quadrado, na extremidade superior da primeira linha. Há um vale entre o nono e o décimo quadrado da na extremidade inferior da quarta linha. Há uma segunda crista entre o décimo quinto e o décimo sexto quadrado, na extremidade superior da primeira linha. Há quatro pontos em que a corda passa por cima do meio da malha quadriculada, o eixo de propagação da onda, entre a segunda e a terceira linha de quadrados. O primeiro ponto está no início do primeiro quadrado, onde se inicia a primeira ondulação de cima; o segundo ponto está onde termina a ondulação de cima e se inicia a ondulação de baixo, no final do sexto quadrado; o terceiro ponto está onde termina a ondulação de baixo e se inicia a segunda ondulação de cima, no final do décimo terceiro quadrado; o quarto ponto está onde termina a segunda ondulação de cima, no final do décimo oitavo quadrado. — Representação de uma onda se propagando em uma corda em determinado instante.

Fonte de pesquisa: TREFIL, James; HAZEN, Robert M. Física viva: uma introdução à física conceitual. Tradução: Ronaldo S. de Biasi. Rio de Janeiro: LTC, 2006. v. 2. p. 5.

Considerando que a velocidade dessa onda é de $3 centímetros por segundo$ , identifique a alternativa que apresenta corretamente os valores do comprimento de onda e da frequência da onda, respectivamente.

a) $18 centímetros$ e $0 vírgula 25 hertz$

b) $12 centímetros$ e $0 vírgula 25 hertz$

c) $12 centímetros$ e $4 hertz$

d) $18 centímetros$ e $4 hertz$

e) $0 vírgula 25 centímetro$ e $12 hertz$

6. A frequência cardíaca de uma pessoa saudável em repouso varia entre 60 e 90 batimentos por minuto $(bpm)$ e pode aumentar rapidamente com sinais de perigo, por exemplo. Um caso extremo desse fenômeno pode ser percebido na frequência cardíaca de corredores de Fórmula 1, que atinge um valor médio de $170 batimentos por minuto$ ao longo da corrida, alcançando, muitas vezes, valores superiores a $200 batimentos por minuto$ . Determine os valores aproximados da frequência (em hertz) e do período (em segundos) do batimento cardíaco médio dos corredores de Fórmula 1 ao longo da corrida.

7. O tubo de Rubens é um dispositivo formado por um tubo perfurado acoplado a um alto-falante em uma extremidade e fechado na outra. No interior desse tubo, é liberado gás de cozinha, de modo que as labaredas queimam homogeneamente enquanto o alto-falante permanece desligado. No entanto, quando o alto-falante é ligado, vê-se o surgimento de padrões, como o mostrado na foto a seguir.

Fotografia de uma estrutura quadrada, um alto-falante, conectado a um tubo de metal, com labaredas de fogo em sua superfície, acima de pequenas perfurações. No tubo, próximo ao alto-falante, há uma mangueira conectada, que vem de uma válvula sobre uma mesa. As labaredas têm tamanhos diferentes, e a sua altura aumenta e diminui gradualmente. No início do tubo e no meio elas estão mais altas, com coloração amarelada, e nos outros locais elas estão mais baixas, com coloração azul. — Tubo de Rubens enquanto é reproduzido um som por meio de um alto-falante.

a) Faça uma pesquisa e explique o que faz as chamas serem mais intensas em alguns pontos do tubo.

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Ondas eletromagnéticas

Objeto digital

Atualmente, temos diversos aparelhos eletrônicos recebendo e transmitindo informações por conexões wi-fi, por sinais de satélites, entre outras formas de troca de dados. Nesse contexto, você já se perguntou como as informações chegam até os aparelhos de celulares, televisores e rádio? Se você pesquisar sobre esse assunto, encontrará informações sobre as ondas eletromagnéticas.

Como você já estudou, diferentemente das ondas sonoras, as ondas eletromagnéticas não necessitam de um meio material para se propagar. Todas as ondas eletromagnéticas podem se propagar pelo vácuo com velocidade constante de $300.000.000 metros por segundo$ , que é a velocidade da luz.

Velocidade do som e da luz

a) Você já percebeu que, algumas vezes, vemos um raio ou um relâmpago e só depois escutamos o trovão? Você sabe por que isso acontece?

O som é uma onda mecânica que só se propaga em meios materiais. Além disso, sua velocidade depende do meio pelo qual ele se propaga. No ar, o som tem velocidade de aproximadamente $340 metros por segundo$ . Já na água, ele se propaga com velocidade aproximada de $1.500 metros por segundo$ .

Apesar de a velocidade da luz variar de acordo com o meio pelo qual ela se propaga, as velocidades de propagação da luz no ar e no vácuo são bastante próximas. Por isso, considera-se o valor de $300.000.000 metros por segundo$ para ambos os meios de propagação.

A diferença entre as velocidades de propagação da luz e do som no ar é responsável por alguns fenômenos, como quando vemos um relâmpago e só depois de algum tempo escutamos o trovão.

Como a luz tem velocidade muito maior que o som, a luminosidade do relâmpago chega aos nossos olhos mais rapidamente do que o som do trovão.

Fotografia de céu escuro com nuvens e casas abaixo. Entre o céu e as casas há dois raios ramificados. — Relâmpagos no céu na cidade de Belo Horizonte, MG, em 2020.

A diferença de tempo entre ver um fenômeno e, depois, escutá-lo, também é percebida em queimas de fogos de artifício.

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A natureza das ondas eletromagnéticas também se difere da natureza das ondas sonoras. As ondas eletromagnéticas são formadas por um campo elétrico^✚ e um campo magnético^✚ variáveis e perpendiculares entre si. Por isso são classificadas como ondas transversais.

Glossário

Além disso, as ondas eletromagnéticas são classificadas de acordo com sua frequência e seu comprimento de onda, em uma faixa conhecida como espectro eletromagnético. A luz que estimula nossos olhos é uma pequena parte desse espectro.

Analise a seguir.

Esquema com palavras, números e cores. Na parte inferior, há duas escalas alinhadas, uma em cima da outra. A escala de baixo é de comprimento de onda, em metros, com marcações nos seguintes valores, da esquerda para direita: 10 elevado a 6, 10 elevado a 4, 10 elevado a 2, 1, 10 elevado a menos 2, 10 elevado a menos 4, 10 elevado a menos 6, 10 elevado a menos 8, 10 elevado a menos 10, 10 elevado a menos 12, 10 elevado a menos 14, 10 elevado a menos 16. A escala de cima apresenta a frequência em hertz, com marcações nos seguintes valores, da esquerda para direita: 10 elevado a 2, 10 elevado a 4, 10 elevado a 6, 10 elevado a 8, 10 elevado a 10, 10 elevado a 12, 10 elevado a 14, 10 elevado a 16, 10 elevado a 18, 10 elevado a 20, 10 elevado a 22, 10 elevado a 24. Acima das escalas, do lado esquerdo, há uma faixa com a seguinte indicação: ondas de rádio e TV, que vai do início das escalas até 10 elevado a 9 hertz na escala de frequência, e 1 metro, na escala de comprimento de onda. Há uma outra faixa acima, à direita, com a seguinte indicação: micro-ondas, que vai de aproximadamente 10 elevado a 8 até 10 elevado a 12 hertz, e aproximadamente 1 até 10 elevado a menos 3 metro. Há uma outra faixa acima, à direita, com a seguinte indicação: raios infravermelhos, que vai de aproximadamente 10 elevado a 10 até 10 elevado a 15 hertz, e de 10 elevado a menos 2 até 10 elevado a menos 6 metro. Há uma outra faixa acima, em destaque, com a indicação de luz visível, cores e uma nova escala com comprimentos de onda do espectro visível, em nanômetros, indo da esquerda para a direita com os valores de 700, 650, 600, 550, 500, 450 e 400. Há diferentes tons de cores na faixa: de 700 a 650, começa com a cor vermelha e chega na cor laranja escuro: de 650 a 600, começa com a cor laranja escuro e vai até laranja claro; de 600 a 550, começa com a cor laranja claro, passa pela cor amarela e chega à cor verde; de 550 a 500, começa com a cor verde e chega à — Representação do espectro eletromagnético, com destaque para a faixa dos comprimentos de onda do espectro visível ao ser humano.

Fonte de pesquisa: TREFIL, James; HAZEN, Robert M. Física viva: uma introdução à física conceitual. Tradução: Ronaldo S. de Biasi. Rio de Janeiro: LTC, 2006. v. 2. p. 117.

Os estudos sobre o espectro eletromagnético produziram conhecimentos que possibilitaram a criação de tecnologias que revolucionaram áreas como a comunicação humana, com as transmissões de rádio e de sinais via satélite, e a Medicina, com exames que permitem realizar imagens do interior de nosso corpo, por exemplo.

A seguir, vamos estudar com mais detalhes os diferentes tipos de ondas que compõem o espectro eletromagnético.

Ondas de rádio e TV

As ondas de rádio foram previstas matematicamente pelo físico escocês James Clerk Maxwell (1831-1879) e tiveram sua existência demonstrada pelo físico alemão Heinrich Rudolf Hertz. Essas ondas podem ser produzidas por correntes elétricas que oscilam rapidamente. Hertz utilizou um aparelho que produzia faíscas por descargas elétricas para gerar ondas e um aparelho como receptor, que produzia descargas elétricas ao recebê-las. Com esse experimento, ele evidenciou a transmissão e a recepção de ondas eletromagnéticas.

Fotografia em preto e branco de busto de homem com cabelo curto e barba escura, vestindo um terno e camisa clara. — Retrato de Heinrich Rudolf Hertz, em 1857.

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As ondas de rádio são utilizadas em sistemas de comunicação, como na transmissão e na recepção de emissoras de rádio AM e FM e de televisão. Essas ondas também são utilizadas nos telefones celulares e na comunicação via rádio da polícia e dos bombeiros, por exemplo.

Após a descoberta das ondas de rádio, houve uma revolução na comunicação entre as pessoas, provocando grandes mudanças na sociedade e em seu estilo de vida.

O primeiro dispositivo a usar ondas de rádio foi o telégrafo sem fio, criado pelo cientista italiano Guglielmo Marconi (1874-1937), em 1897.

Imagens não proporcionais entre si.

Fotografia em preto e branco de um homem sentado atrás de uma mesa. Ele tem cabelo curto e veste terno, camisa e gravata; ele está segurando um objeto ligado a um fio e a sua frente, sobre a mesa, um equipamento composto por estruturas retangulares de diferentes tamanhos, com antenas e fios. — Guglielmo Marconi e seu primeiro telégrafo, que transmitia informações via ondas de rádio.

A transmissão de voz e a difusão de informações via rádio vieram em seguida, na Europa e nos Estados Unidos, entre 1900 e 1920. No Brasil, a primeira transmissão de rádio oficialmente reconhecida foi em 1922.

A década de 1940, que ficou conhecida como a Época de Ouro do Rádio no Brasil, foi marcada por programas de auditório, humorísticos, radionovelas e outros programas de entretenimento, assim como transmissões jornalísticas e esportivas.

Nas décadas seguintes, o rádio acabou perdendo espaço devido à popularização da televisão, a partir da década de 1950. Um evento histórico para a televisão foi a transmissão ao vivo do pouso da missão Apollo 11 na Lua, em 1969. Ainda hoje a televisão é uma grande fonte de informação e entretenimento, mas vem sendo substituída pela internet, principalmente pelo uso dos smartphones e das redes de dados móveis.

Fotografia de uma TV com formato quadrado, a parte externa de madeira, com tela curva pequena e quatro botões de girar na parte inferior. — Televisor da década de 1960.

A faixa das ondas de rádio é dividida da seguinte maneira: as frequências de $150$ a $500 quilohertz$ são utilizadas para comunicação militar, as estações de rádio AM utilizam a faixa entre $530$ e $1.650 quilohertz$ , as rádios FM operam na faixa entre $88$ e $108 mega-hertz$ . Já as transmissões de televisão ocupam três faixas: uma VHF de $54$ a $88 mega-hertz$ , outra VHF de $174$ a $216 mega-hertz$ e uma faixa UHF de $470$ a $806 mega-hertz$ .

Dica!

$1 quilohertz$ (lê-se um quilo-hertz) equivale a $1.000 hertz$ .

$1 mega-hertz$ (lê-se um mega-hertz) equivale a $1.000.000 hertz$ .

$1 giga-hertz$ (lê-se um giga-hertz) equivale a $1.000.000.000 hertz$ .

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Nas transmissões de rádio, as ondas sonoras são captadas por microfones e convertidas em correntes elétricas, que variam de acordo com a frequência e a amplitude da onda sonora. Nos transmissores, essa corrente elétrica passa por um circuito que gera uma onda eletromagnética e que é transmitida por meio de antenas.

No receptor, essa onda eletromagnética é captada pela antena e convertida em corrente elétrica novamente, que faz o alto-falante vibrar, produzindo ondas sonoras correspondentes ao que foi falado na estação transmissora.

As informações dos televisores são transmitidas de forma semelhante. Porém, além de microfones, as câmeras captam as imagens que são convertidas em correntes elétricas.

Micro-ondas

As micro-ondas são utilizadas na transmissão de sinais via satélite, na transmissão de alguns sinais telefônicos e também em fornos de micro-ondas.

Nesses fornos, existe um circuito que gera micro-ondas com frequência de $2.450 mega-hertz$ . Essas ondas se espalham no compartimento em que os alimentos são colocados para ser cozidos ou aquecidos.

Nessa faixa de frequência, as micro-ondas fazem as moléculas de água, gordura e açúcar presentes nos alimentos vibrarem mais intensamente, aquecendo-os.

Imagens não proporcionais entre si.

Fotografia de um micro-ondas de formato retangular, feito de metal com um vidro na frente. Do lado direito há um visor com números e botões abaixo. — Forno de micro-ondas.

Raios infravermelhos

Descobertos em 1800 pelo astrônomo alemão William Herschel (1738-1822), os raios infravermelhos são ondas eletromagnéticas associadas à transferência de calor por irradiação, quando um objeto ganha ou perde energia térmica. Os raios infravermelhos são utilizados também em controles remotos, transferência de dados e leitores de código de barras.

Fotografia de uma mão segurando um leitor de código de barras, um objeto com uma haste para segurar e acima uma parte arredondada. A mão está apontando ele em direção a uma etiqueta colada em uma caixa de papelão, onde há um feixe de luz vermelho sobre um código de barras. — Pessoa utilizando leitor de código de barras.

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Luz visível

No espectro eletromagnético, a faixa de comprimentos de ondas visíveis ao ser humano é chamada espectro visível. Cada cor do espectro visível tem frequência e comprimento de onda definidos, e são essas características que permitem ao ser humano identificar as diferentes cores.

Ilustração de uma faixa com comprimento de onda de espectro visível, em nanômetros, indo da esquerda para a direita com os valores de 700, 650, 600, 550, 500, 450 e 400. Há diferentes tons de cores na faixa: de 700 a 650, começa com a cor vermelha e chega na cor laranja escuro: de 650 a 600, começa com a cor laranja escuro e vai até laranja claro; de 600 a 550, começa com a cor laranja claro, passa pela cor amarela e chega à cor verde; de 550 a 500, começa com a cor verde e chega à um tom de azul esverdeado; de 500 a 450, o azul esverdeado passa pelo azul e chega na cor violeta; de 450 a 400, começa com a cor violeta e chega à roxo escuro. — Representação do espectro de luz visível.

Fonte de pesquisa: TREFIL, James; HAZEN, Robert M. Física viva: uma introdução à física conceitual. Tradução: Ronaldo S. de Biasi. Rio de Janeiro: LTC, 2006. v. 2. p. 117.

Raios ultravioleta

Os raios ultravioleta são ondas eletromagnéticas de alta frequência com energia suficiente para causar danos aos olhos, queimaduras e câncer de pele. Por isso, quando ficamos expostos à luz solar devemos usar óculos escuros com filtro ultravioleta e filtro solar na pele. De acordo com o comprimento de onda, os raios ultravioleta podem ser classificados como UVA, UVB e UVC.

O UVA e o UVB são responsáveis pela pigmentação da pele ou bronzeado, pelo envelhecimento da pele, pelo aparecimento de rugas e pelo aumento do risco de câncer de pele. Apesar disso, o UVA, em intensidade adequada, também auxilia a sintetizar a vitamina D no corpo humano. Já o UVC pode ser usado como bactericida, por exemplo, eliminando microrganismos como aqueles causadores de doenças na água, em alimentos ou instrumentos médicos.

Fotografia de um equipamento retangular, com botões e uma tampa de vidro. Dentro dele, sobre grades metálicas, há objetos similares a pinças e recipientes, e a iluminação é esverdeada. — Aparelho utilizado para esterilizar instrumentos médicos por meio de luz ultravioleta.

Raios X

Os raios X foram descobertos pelo físico alemão Wilhelm Conrad Röentgen (1845-1923), ao trabalhar com descargas elétricas no interior de tubos com gás rarefeito.

Nesses experimentos, Röentgen percebeu que os raios X podiam atravessar diversos materiais sólidos e não eram desviados pelo vidro do tubo nem por campos magnéticos.

Röentgen também verificou que os raios X impressionavam placas fotográficas, o que possibilitou o desenvolvimento da radiografia. A primeira radiografia foi obtida quando sua esposa colocou a mão entre a fonte de raios X e uma placa fotográfica.

Fotografia. Uma radiografia de uma mão, com os ossos aparentes em um fundo preto. — Imagem de mão direita humana obtida por meio de radiografia.

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Os raios X atravessam a pele e os músculos, antes de serem absorvidos ou espalhados pelos ossos. Essa característica possibilitou a observação de partes do interior do corpo humano e de outros animais, contribuindo para diagnosticar diversas doenças e fraturas ósseas, por exemplo, revolucionando a Medicina.

Com o desenvolvimento da tomografia computadorizada, foi possível visualizar também os tecidos moles, como cérebro, fígado, coração e outros órgãos internos. O equipamento de tomografia tem um anel que gira em torno do paciente, emitindo feixes de raios X, e um detector que mede a taxa de absorção desses raios pelo corpo. Então, um computador interpreta os dados e produz uma imagem de acordo com uma escala de espessura e densidade.

Fotografia de um equipamento ao fundo, com formato tubular e uma pessoa deita dentro. Uma parede com uma janela de vidro separa o local do equipamento de uma sala com computadores. Na tela de um dos computadores há imagens em preto e branco das partes internas de uma cabeça. — Imagens obtidas por aparelho de tomografia computadorizada (primeiro plano) e paciente (ao fundo) no equipamento que realiza esse tipo de exame.

Raios gama

Os raios gama são as ondas de maior energia do espectro eletromagnético. Essas ondas são emitidas por núcleos instáveis de átomos, em um processo conhecido como radioatividade^✚, no qual o núcleo do átomo pode se alterar.

Glossário

A radiação gama é bastante utilizada na Medicina, tanto em diagnósticos quanto no tratamento de doenças.

Imagens não proporcionais entre si.

Fotografia de uma imagem obtida por tomografia. Sobre um fundo escuro há a figura de uma pessoa de perfil, da cabeça até a região pélvica, com os ossos e outras estruturas em coloração avermelhada. Na região pélvica há uma forma arredondada de coloração clara, com a seguinte indicação: tumor. — Imagem de exame de tomografia por emissão de pósitrons (*PET scan*). Nessa imagem, é possível observar um tumor no intestino.

A tomografia por emissão de pósitrons^✚, conhecida pela sigla em inglês PET scan, é um exame no qual se utilizam marcadores radioativos^✚ que liberam partículas no organismo. A interação dessas partículas com estruturas do organismo emite raios gama, que são mapeados e mostram se existem alterações metabólicas no indivíduo.

Fotografia de uma pessoa deitada sobre um equipamento, com uma superfície plana e no fundo uma estrutura redonda, presa a ela e suspensa, outra estrutura redonda apontada para a pessoa, que está coberta por um lençol. Ao lado do equipamento, uma pessoa em pé. — Pessoa realizando tratamento por meio de radioterapia.

Outra aplicação dos raios gama é no tratamento contra certos tipos de câncer. Para erradicar as células tumorais, utilizam-se doses calculadas de raios gama por tempo determinado, as quais são aplicadas nos tecidos que englobam o tumor, buscando causar o menor dano possível às células normais próximas a ele. Essa técnica é conhecida como radioterapia.

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Cuidados com a radiação eletromagnética

Como estudamos nas páginas anteriores, as radiações eletromagnéticas podem auxiliar no diagnóstico e no tratamento de diversas doenças, quando utilizadas de maneira correta. No entanto, a exposição do ser humano a altas doses de radiação pode causar queimaduras na pele e até provocar o desenvolvimento de câncer.

Fotografia de parte de parte da camisa de uma pessoa, com um bolso. Sobre a camisa há um estetoscópio pendurado e no bolso há uma caneta e um dispositivo retangular com números, semelhante a um crachá. — Profissional da saúde utilizando um dosímetro individual.

Por conta dos riscos à saúde, os profissionais que trabalham diariamente na Radiologia, por exemplo, devem tomar certos cuidados, seguindo corretamente as normas de segurança. Todos eles devem utilizar um dosímetro^✚ individual que deve ser trocado mensalmente e analisado para verificar se o profissional ficou exposto a doses seguras de radiação.

Glossário

As salas de raios-X devem ter paredes, teto, piso e portas com blindagem para proteger áreas externas. Os cuidados na Radiologia também valem para os acompanhantes dos pacientes, que devem utilizar a vestimenta de proteção feita com chumbo para absorver os raios X.

Além disso, os resíduos dos compostos usados em Radiologia e Radioterapia, por exemplo, devem ser tratados e descartados de maneira correta. Isso porque esses resíduos podem causar acidentes graves, como o ocorrido em Goiânia, em 1987. Nessa ocasião, dois catadores de sucata encontraram um aparelho de radioterapia descartado inadequadamente e retiraram as cápsulas que continham o césio-137, material radioativo. Ao levar as cápsulas para casa, eles entraram em contato com o material radioativo, o que lhes despertou interesse, pois o material apresentava um brilho azulado no escuro. Depois da violação da cápsula, diversas pessoas entraram em contato com o material radioativo e foram contaminadas, apresentando sintomas como náuseas, vômitos, diarreia, tonturas e lesões na pele. A primeira vítima fatal desse acidente radioativo foi uma menina de 6 anos, que ingeriu alimento contaminado com o césio-137.

Fotografia em preto e branco de um local aberto, com árvores e uma casa ao fundo. Há uma pessoa com macacão e máscara segurando um tambor. À frente, tambores fechados e cordas isolando o local com placas com o símbolo da radioatividade. — Tambores contendo resíduo radioativo retirado das áreas contaminadas pelo acidente com césio-137, no município de Goiânia, GO, em 1987.

Após a identificação do problema, o local do acidente radioativo passou por descontaminação, e aproximadamente 6 mil toneladas de material contaminado foram coletadas. Além disso, cerca de 1.200 pessoas foram contaminadas, e as consequências desse acidente ainda são monitoradas atualmente.

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Atividades

Faça as atividades no caderno.

1. As ondas eletromagnéticas estão associadas ao funcionamento de diversos equipamentos eletrônicos, como televisor, rádio, forno de micro-ondas e telefone celular. Sobre as ondas eletromagnéticas, julgue as afirmativas a seguir em verdadeiras ou falsas, corrigindo as falsas em seu caderno.

a) As ondas eletromagnéticas são capazes de se propagar no vácuo.

b) Em qualquer meio material, todas as ondas eletromagnéticas se propagam com a velocidade da luz.

c) Na propagação de uma onda, ocorre o transporte de energia, e não de matéria.

d) A frequência dos raios gama é maior que a do infravermelho. Portanto, o comprimento de onda dos raios gama é maior que o do infravermelho.

2. Leia o texto a seguir.

Câncer da pele

[…]

O câncer da pele responde por 33% de todos os diagnósticos desta doença no Brasil, sendo que o Instituto Nacional do Câncer (INCA) registra, a cada ano, cerca de 185 mil novos casos. […]

Evitar a exposição excessiva ao sol e proteger a pele dos efeitos da radiação UV são as melhores estratégias para prevenir […]

Como a incidência dos raios ultravioletas está cada vez mais agressiva em todo o planeta, as pessoas de todos os fototipos devem estar atentas e se protegerem quando expostas ao sol. Os grupos de maior risco são os do fototipo I e II, ou seja: pessoas de pele clara, com sardas, cabelos claros ou ruivos e olhos claros. […]

CÂNCER da pele. Sociedade Brasileira de Dermatologia. Disponível em: https://oeds.link/iMx1tP. Acesso em: 12 jul. 2022.

a) Que assunto é abordado nesse texto?

b) Junte-se a três colegas e façam um cartaz informativo, que deve ser exposto na escola, sobre os riscos do câncer de pele para a saúde e os cuidados necessários para prevenir esse tipo de câncer. Se necessário, realize uma pesquisa sobre o assunto.

3. Pesquise e desenhe em seu caderno um esquema que represente como ocorre a transmissão de sinais de televisão via satélite. Comente sobre suas principais vantagens.

Versão adaptada acessível

3. Pesquise e explique com suas palavras como ocorre a transmissão de sinais de televisão via satélite. Comente também as principais vantagens dela.

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4. Analise a foto a seguir.

Fotografia de uma pessoa de costas, com luvas cirúrgicas, segurando uma radiografia de boca com as duas mãos sobre um quadro luminoso branco. Na radiografia há os contornos dos dentes, que aparecem com a cor branca. — Dentista analisando a radiografia de uma arcada dentária.

a) Reescreva a frase a seguir em seu caderno, substituindo as letras destacadas (A e B) pelas palavras entre parênteses que a completam corretamente.

As ondas eletromagnéticas que se relacionam à radiografia são do tipo A (raios X/raios gama), exemplo de ondas de B (alta energia/baixa energia).

b) Cite uma diferença entre as ondas eletromagnéticas e as ondas sonoras.

c) Junte-se a um colega e realizem uma pesquisa sobre outras aplicações do tipo de onda eletromagnética identificado no item a. Em seguida, discutam sobre a importância da aplicação da radiação eletromagnética em diagnósticos e no tratamento de doenças.

5. Analise a ilustração a seguir e responda às questões propostas.

Esquema com palavras, números e cores. Na parte inferior, há uma escala de frequência, em hertz, com marcações nos seguintes valores, da esquerda para direita: 10 elevado a 2, 10 elevado a 4, 10 elevado a 6, 10 elevado a 8, 10 elevado a 10, 10 elevado a 12, 10 elevado a 14, 10 elevado a 16, 10 elevado a 18, 10 elevado a 20, 10 elevado a 22, 10 elevado a 24. Acima da escala, do lado esquerdo, há uma faixa com a seguinte indicação: ondas de rádio e TV, que vai do início da escala até 10 elevado a 9 hertz. Há uma outra faixa acima, à direita, com a seguinte indicação: micro-ondas, que vai de aproximadamente 10 elevado a 8 até 10 elevado a 12 hertz. Há uma outra faixa acima, à direita, com a seguinte indicação: raios infravermelhos, que vai de aproximadamente 10 elevado a 10 até 10 elevado a 15 hertz. Há uma outra faixa acima, em destaque, com cores e a indicação de luz visível. Há diferentes tons de cores na faixa, ela começa com a cor vermelha, passa por laranja escuro, laranja claro, amarelo, verde, azul esverdeado, azul, violeta chega à roxo escuro. Após essa região em destaque, voltando à parte de baixo, do lado direito, há uma faixa com a seguinte indicação: raios ultravioleta, que vai de aproximadamente 10 elevado a 15 até 10 elevado a 19 hertz. Há uma outra faixa abaixo, do lado direito, com a seguinte indicação: raios X, que vai de aproximadamente 10 elevado a 16 até 10 elevado a 21 hertz. Há uma última faixa abaixo, do lado direito, com a seguinte indicação: raios gama, que vai de aproximadamente 10 elevado a 20 até o final da escala em hertz. — Representação do espectro eletromagnético, com destaque para a faixa do espectro visível.

Fonte de pesquisa: TREFIL, James; HAZEN, Robert M. Física viva: uma introdução à física conceitual. Tradução: Ronaldo S. de Biasi. Rio de Janeiro: LTC, 2006. v. 2. p. 117.

a) Explique qual dos tipos de onda apresentados no espectro eletromagnético tem maior energia.

b) No que se refere ao espectro de luz visível, identifique a cor de maior frequência e a de maior comprimento de onda.

c) Cite aplicações para as ondas de rádio e micro-ondas. Se necessário, faça uma pesquisa.

6. A imagem a seguir representa uma tela de radar similar àqueles utilizados no controle de tráfego aéreo. Analise-a.

Ilustração de um fundo preto, com um quadrado quadriculado. Dentro, há quatro circunferências com numerações, o mais externo, é o maior e o mais interno, o menor. Entre a terceira e a quarta circunferência, há a representação de 2 aviões; entre a segunda e a terceira circunferência, há a representação de 3 aviões. No centro da menor circunferência há um ponto de luz verde de onde parte uma linha que passa por todas as áreas dos círculos, deixando um rastro de coloração verde que diminui de intensidade. — Representação de uma tela de radar similar às utilizadas para controle de tráfego aéreo.

a) Faça uma pesquisa e descreva com suas palavras o princípio de funcionamento de um radar.

b) Cite outras situações em que são utilizados radares.