CAPÍTULO

9 Ondas

Analise a imagem a seguir.

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.

Respostas nas orientações ao professor.

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.

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.

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.^↰

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.

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

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 $\left(\mathrm{\lambda }\right)$, e sua unidade de medida, no Sistema Internacional de Unidades (SI), é o metro $\left(\text{m}\right)$. Porém, é comum utilizarmos outras unidades de medida, como o centímetro $\left(\text{cm}\right)$, o quilômetro $\left(\text{km}\right)$ e o nanômetro $\left(\text{nm}\right)$. 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 $\left(\text{Hz}\right)$, em homenagem ao físico alemão Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894).

A imagem a seguir representa duas ondas se propagando ao longo 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 $1\mathrm{H}\mathrm{z}$.

$\frac{1\text{ciclo}}{1\text{segundo}}=1\text{hertz}=1\text{Hz}$

B. Quando dois ciclos se completam em um segundo, podemos dizer que a frequência da onda é de $2\mathrm{H}\mathrm{z}$.

$\frac{2\text{ciclos}}{1\text{segundo}}=2\text{hertz}=2\text{Hz}$

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 $\left(\text{s}\right)$.

Resposta: A frequência da onda formada por uma corda oscilante que completa 36 ciclos em três segundos é de $12\mathrm{H}\mathrm{z}$.

$f=\frac{36\text{ciclos}}{3\text{segundos}}\Rightarrow f=12\text{hertz}\therefore 12\text{ Hz}$

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.

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:

$f=1\text{Hz}$

$T=\frac{1}{1}\Rightarrow T=1\mathrm{s}$

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

$f=2\text{Hz}$

$T=\frac{1}{2}\Rightarrow T=0,5\therefore T=0,5\text{s}$

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

$f=4\text{Hz}$

$T=\frac{1}{4}\Rightarrow T=0,25\therefore T=0,25\text{s}$

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

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

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.

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.

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.

Agora, analise a imagem a seguir.

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.

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.

Resposta: Espera-se que os alunos expliquem que a indígena bate com as mãos na parte superior do tambor, composta por uma membrana esticada. O choque entre as mãos e essa porção do instrumento gera vibrações nessa estrutura, que se propagam, vibrando o ar existente dentro do corpo do tambor.

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.

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).

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.

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.

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 $20\mathrm{H}\mathrm{z}$ e $20.000\mathrm{H}\mathrm{z}$. 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 $420.000\mathrm{H}\mathrm{z}$.

Uma onda sonora com frequência abaixo do limite inferior da faixa da audição humana $\left(20\text{Hz}\right)$ é chamada infrassom. Já uma onda sonora emitida com frequência acima do limite superior da audição humana $\left(20.000\text{Hz}\right)$ é chamada ultrassom.

Analise a foto a seguir.

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

Resposta nas orientações ao professor.

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

Resposta: Os alunos podem citar outras situações com ruídos intensos, como os trabalhadores de pista em aeroportos e os operadores em certas linhas de produção.

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.

A unidade de medida de nível sonoro mais utilizada é o decibel $\left(\text{dB}\right)$, 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.

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.

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.

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.

Ultrassom

Como estudamos anteriormente, os sons que têm frequência acima dos $20.000\mathrm{H}\mathrm{z}$ 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.

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.

Atividades

Faça as atividades no caderno.

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

Resposta nas orientações ao professor.

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.

Resposta nas orientações ao professor.

3. Leia o trecho da reportagem a seguir.

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

Resposta: Espera-se que os alunos anotem no caderno situações como exposição prolongada a música alta e outros sons recreativos, uso inseguro de dispositivos de áudio pessoais (fones de orelha) e exposição a níveis sonoros prejudiciais em diferentes locais, como boates, bares, shows e eventos esportivos.

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

Resposta: Espera-se que os alunos respondam que são a intensidade sonora e o nível sonoro.

4. O intervalo de tempo mínimo necessário para que consigamos distinguir dois sons de mesma frequência é de aproximadamente $0,1\mathrm{s}$. Com base nesse dado, calcule a distância mínima que uma onda sonora deve se deslocar antes de retornar à pessoa que a emitiu. Considere: $v_{\text{som}}=340\text{m/s}$.

Resposta: A distância mínima que uma onda sonora deve se deslocar, antes de retornar à pessoa que a emitiu, é de $34\text{m}$. Resolução nas orientações ao professor.

5. A imagem a seguir representa a forma de uma onda que se propaga 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 $3\text{cm/s}$, identifique a alternativa que apresenta corretamente os valores do comprimento de onda e da frequência da onda, respectivamente.

a) $18\text{cm}$ e $0,25\mathrm{H}\mathrm{z}$

b) $12\text{cm}$ e $0,25\mathrm{H}\mathrm{z}$

c) $12\text{cm}$ e $4\mathrm{H}\mathrm{z}$

d) $18\text{cm}$ e $4\mathrm{H}\mathrm{z}$

e) $0,25\text{cm}$ e $12\mathrm{H}\mathrm{z}$

Resposta: Alternativa b.

Resolução nas orientações ao professor.

6. A frequência cardíaca de uma pessoa saudável em repouso varia entre 60 e 90 batimentos por minuto $\left(\text{bpm}\right)$ 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 $170\text{bpm}$ ao longo da corrida, alcançando, muitas vezes, valores superiores a $200\text{bpm}$. 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.

Resposta: A frequência do batimento cardíaco é de, aproximadamente, $2,83\mathrm{H}\mathrm{z}$, e seu período, é de, aproximadamente, $0,35\mathrm{s}$. Resolução nas orientações ao professor.

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.

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

Resposta nas orientações ao professor.

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 $300.000.000\text{m/s}$, que é a velocidade da luz.

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.

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.

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.

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.

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

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 $2.450\mathrm{M}\mathrm{H}\mathrm{z}$. 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Resposta: Verdadeira.

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

Resposta: Falsa. No vácuo, 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.

Resposta: Verdadeira.

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.

Resposta: Falsa. A frequência dos raios gama é maior que a do infravermelho. Portanto, o comprimento de onda dos raios gama é menor que o do infravermelho.

2. Leia o texto a seguir.

a) Que assunto é abordado nesse texto?

Resposta nas orientações ao professor.

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.

Resposta nas orientações ao professor.

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.

Resposta nas orientações ao professor.

4. Analise a foto a seguir.

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).

Resposta nas orientações ao professor.

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

Resposta nas orientações ao professor.

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.

Resposta nas orientações ao professor.

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

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.

Resposta: A onda que tem maior energia é aquela que apresenta maior frequência, logo, são os raios gama.

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

Resposta: A cor de maior frequência é o violeta e a de maior comprimento de onda é a vermelha, considerando que essas grandezas físicas são inversamente proporcionais.

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

Resposta: As ondas de rádio podem ser utilizadas na transmissão de informações de uma emissora de rádio e de televisão. As micro-ondas podem ser utilizadas no forno de micro-ondas para aquecer os alimentos.

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

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

Resposta nas orientações ao professor.

b) Cite outras situações em que são utilizados radares.

Resposta nas orientações ao professor.