Ciências 9º ano
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Fig. 1 (p. 191) Representação de pista de dança piezoelétrica. André Ceolin/ID/BR Cores-fantasia pressão nos cristais pista de dança corrente elétrica cristais
luz e som da pista a) Quais formas de energia estão envolvidas na pista de dança da boate londrina onde a “balada” é sustentável? b) Mesmo o sistema de emergência de energia da casa noturna, que é acionado quando há falta de luz, possui uma forma sustentável para obter energia elétrica. Como é esse sistema e quais são as suas vantagens? c) O piso da pista de dança é componente importante nesse empreendimento sustentável. Proponha outras utilizações desse piso que possam ampliar a economia de energia elétrica para um maior número de habitantes. Página 192 Projeto Blog de divulgação científica No dia a dia, somos “bombardeados” com informações de pessoas, jornais, rádio, televisão e internet. Algumas vezes, como desconhecemos os temas tratados, incorporamos ou damos crédito a informações que nem sempre são corretas ou verdadeiras. Pensando nisso, você e seus colegas vão organizar e manter um blog de divulgação científica.
Disponível em: Exemplo de um blog de divulgação científica. Divulgação Científica. Esse blog tem a finalidade de divulgar temas científicos utilizand Espalamento Raman Objetivo Reunir informações confiáveis que possam esclarecer e informar alunos, funcionários, familiares e outros internautas sobre hábitos que podem contribuir para reduzir o desperdício de energia ou diminuir o impacto ambiental e outras curiosidades relacionadas à ciência e à sociedade. Procedimento 1. Realizar entrevistas com familiares, funcionários e alunos da escola sobre temas de interesse. Sugestão de temas No quadro a seguir é sugerido um conjunto de temas que podem ser utilizados como objeto de estudo neste projeto. Na última coluna estão indicadas algumas opções de pesquisa. A classe, com o auxílio do professor, pode incluir os temas levantados pela pesquisa.
Acessos em: 13 jun. 2015. 2. Elaborar diferentes matérias para serem publicadas no blog. Façam pesquisas para reunir informações e curiosidades sobre o tema escolhido e selecionem aquelas que serão usadas no texto. Página 193 Fontes de pesquisa Você e seus colegas analisarão, com o auxílio do professor de Língua Portuguesa, matérias de jornais (cadernos de ciência), revistas e blogs de divulgação científica. Procure estabelecer semelhanças e diferenças entre os meios de comunicação. As fontes sugeridas a seguir são algumas opções de pesquisa. • Revistas de divulgação científica e de curiosidades: Galileu, Mundo Estranho, Ciência Hoje das Crianças, Como Funciona, Superintessante, Quanta e Conhecer. • Blogs de divulgação científica: • Synbio Brasil: • Rastro de carbono: • Projeto de divulgação científica da Fapemig: • Cienctec: Acessos em: 29 maio 2015.
Os alunos de todas as equipes poderão realizar as entrevistas. Equipe 1: responsável pela elaboração da matéria principal, incluindo sugestões de imagens Este grupo será responsável pela elaboração da matéria principal. A equipe pesquisará em sites, revistas e livros relacionados ao tema e cada integrante elaborará um texto sobre o assunto. Lembre-se de indicar a fonte de pesquisa utilizada. Equipe 2: responsável pela elaboração das matérias secundárias Este grupo será responsável pela matéria secundária sugerida e por entrevistar alunos e funcionários da escola sobre assuntos que eles gostariam de conhecer melhor. A equipe elaborará pequenas sínteses ou textos sobre esses assuntos. Lembre-se de indicar a fonte de pesquisa utilizada. Equipe 3: responsável pela organização e atualização do blog Cabe a este grupo a organização e atualização do blog. A equipe publicará as matérias selecionadas e criará critérios para agrupá-las, além de criar seções como “Fale conosco” e “Quem somos”; também deverá mediar os comentários publicados pelos internautas, respondendo às dúvidas enviadas. Equipes 4 e 5: responsáveis pela análise das matérias principal e secundária Estes grupos serão responsáveis por analisar e selecionar as matérias propostas pelas equipes 1 e 2 e inspecionar o conteúdo do blog. Com o auxílio do professor de Língua Portuguesa, podem revisar os textos e propor modificações para adequar a forma escrita. Essas propostas devem ser repassadas aos autores das matérias para que as modificações sejam efetuadas. Discussão final Após a publicação das matérias no blog, faça com seus colegas de classe uma avaliação sobre todo o processo e os resultados alcançados. Verifique se eles foram satisfatórios e proponha modificações para a próxima edição. Os comentários dos internautas e a seção “Fale conosco” poderão ajudá-los no desenvolvimento e na manutenção do blog. Página 194 UNIDADE 5 ONDAS O que você vai estudar •Ondas: classificação e caracterização •Fenômenos ondulatórios •Ondas sonoras •Espectro eletromagnético •Propagação, reflexão e refração da luz Página 195 Começo de conversa As ondas, assim como a energia, são de extrema importância e estão presentes na nossa vida. Numa conversa, utilizamos ondas sonoras para nos comunicar. Também precisamos das ondas para assistir à televisão ou ouvir o rádio. O ultrassom é uma onda utilizada no diagnóstico de doenças e em tratamentos médicos. Alimentos podem ser aquecidos e preparados em fornos de micro-ondas. Observe a imagem de satélite ao lado e procure responder às questões a seguir. Fig. 1 (p. 195) Anton Balazh/Shutterstock.com/ID/BR Imagem feita por satélite da NASA, mostrando algumas cidades iluminadas de maneira artificial durante a noite.
A música faz parte da vida da maioria das pessoas. É bem provável que você toque algum instrumento musical ou tenha amigos que toquem. Mesmo sem muito conhecimento técnico, todos sabem que os instrumentos produzem sons. Mas como isso acontece? Como é possível um mesmo instrumento musical gerar sons diferentes? Esse será o tema da investigação proposta nesta seção. Para começar, observe estas três categorias de instrumentos musicais:
Ivan Smuk/Shutterstock.com/ID/BR O violão é um instrumento de corda.
y-studio/iStock/Getty Images O xilofone é um instrumento de percussão.
Nathan Holland/Shutterstock.com/ID/BR A flauta é um instrumento de sopro. Você tem alguma ideia de como esses instrumentos produzem seus sons? Nesta atividade você vai usar materiais variados para tentar construir um instrumento que produza sons de modo semelhante a esses instrumentos. Objetivos •Construir instrumentos musicais com materiais do dia a dia. •Produzir diferentes sons com um mesmo instrumento.
•Como o som é produzido? •Como eu posso variar a intensidade do som, isto é, deixá-lo mais forte ou mais fraco? •Como eu posso criar sons variados, ou seja, mais agudos ou mais graves? •Precisaremos do auxílio de algum adulto durante o projeto?
•Quais materiais poderemos usar? Para os instrumentos de sopro, podem ser usados canos, conduítes, tubos plásticos, bambu, etc. Para os instrumentos de percussão podem ser usados canos, caixas, placas plásticas, tábuas de madeira, pedaços de couro etc. Para os instrumentos de corda podem ser usados cabos, elásticos, fios de náilon, caixas de madeira, tábuas, arame, etc. Que ferramentas serão necessárias? Alicate, martelo, cola, linha e agulha de costura, etc. •Quais serão os componentes do instrumento e como vamos montá-lo? ATENÇÃO! Muitas ferramentas podem oferecer risco de ferimento. Converse com o professor e algum familiar antes de iniciar qualquer etapa da construção do instrumento. 5. Com essas ideias em mente, elaborem um projeto do instrumento. Façam desenhos esquemáticos indicando os tamanhos dos componentes, de que materiais serão feitos, como as peças ficarão unidas, etc. 6. Em datas combinadas, cada grupo vai apresentar o projeto ao professor. Conversem com ele sobre as questões que ainda provoquem dúvidas ou sobre as quais vocês estão inseguros. Revejam o projeto e façam as modificações que julgarem necessárias. Nesta etapa o professor também vai avaliar se algum adulto vai auxiliar na manipulação das ferramentas. Produção do protótipo 7. Após essa revisão, iniciem a etapa de construção do protótipo. Dividam as tarefas entre os componentes do grupo para providenciar os materiais e dar início à construção. 8. Sigam o projeto elaborado. Se alguma etapa do plano se mostrar com falhas, não desanimem, usem a criatividade buscando solucionar o problema. Vocês podem contar com a ajuda do professor. 9. Testem o protótipo a fim de verificar se ele atende ao objetivo de produzir diferentes sons. Resultado Na data combinada com o professor, cada grupo vai apresentar para a turma o instrumento produzido. Na apresentação, expliquem o princípio de funcionamento desse instrumento, como ele gera sons diferentes, e façam uma breve demonstração. Após a atividade, os instrumentos podem ficar expostos para que as pessoas da comunidade escolar os conheçam.
CWLawrence/iStock/Getty Images Observe a imagem de um feto (cerca de 30 centímetros) com 20 semanas de vida, obtida por meio de um exame de ultrassom. Identifique as seguintes partes do corpo: coluna vertebral, crânio e nariz. As ondas sonoras estão presentes todo o tempo ao redor das pessoas, originadas em uma conversa, uma música ou uma comunicação por meio de rádio, telefone ou televisão. O corpo humano percebe apenas uma parcela das ondas sonoras que existem. Diversos animais, como cachorros, golfinhos e morcegos ouvem sons que não escutamos. O ultrassom é um exemplo de onda sonora que não é percebida por nossa audição. Ele é usado, por exemplo, nos exames clínicos de ultrassonografia. Esse exame não é invasivo, ou seja, não é necessário nenhum tipo de incisão ou perfuração no corpo do paciente para executá-lo. Ele permite, por exemplo, acompanhar o desenvolvimento de um feto durante toda a gravidez, visualizando até mesmo os movimentos que ele faz dentro do corpo da mãe. Isso é possível porque esse exame utiliza um aparelho que emite ultrassons para dentro do corpo do paciente. Essas ondas deslocam-se pelo corpo e atingem diversos tecidos e órgãos. Quando isso acontece, parte das ondas é refletida e captada pelo aparelho utilizado no exame. O aparelho também analisa as ondas recebidas e produz uma imagem a partir dos dados obtidos.
Em condições ideais, quando uma onda, no mar, passa por um barco, ele sobe e desce, acompanhando a oscilação da onda, mas não se desloca no sentido da onda. Depois que a onda passa, o barco permanece na mesma posição em que estava. Isso significa que ondas não transportam matéria, apenas energia. Define-se onda como um movimento causado por uma perturbação que se propaga.
Fotosearch/Glowimages Em condições ideais, a onda movimenta o barco na direção vertical, mas não na direção horizontal.
Uma onda pode ser classificada de acordo com sua: • natureza, que se relaciona à necessidade de ter ou não um meio material para se propagar; • direção de propagação, que pode ser transversal ou longitudinal em relação à direção das oscilações. Natureza das ondas As ondas podem ser: • mecânicas: precisam de um meio material para se propagar, que pode estar em um dos três estados físicos da matéria (sólido, líquido ou gasoso). Exemplos de ondas mecânicas são as ondas sonoras e as ondas do mar; • eletromagnéticas: podem se propagar mesmo na ausência de um meio material. A luz solar é um exemplo de onda eletromagnética. Esse tipo de onda será estudada no próximo capítulo. Direção de propagação das ondas Nas ondas transversais, a direção de propagação é perpendicular à oscilação da onda. Ondas eletromagnéticas são exemplos desse tipo de onda, assim como ondas produzidas pela movimentação de uma corda, para cima e para baixo. Perpendicular: que forma ângulo reto entre retas ou planos. Fig. 2 (p. 199) Nas ondas transversais, a propagação e as oscilações são perpendiculares entre si. No caso analisado, a propagação se dá na direção horizontal, e as oscilações, na direção vertical. Hélio Senatore/ID/BR propagação oscilação oscilação Nas ondas longitudinais, caso do som, a direção da propagação coincide com as oscilações.
Ao mover a extremidade de uma mola para a frente e para trás, é produzida uma onda longitudinal. Tanto a direção de propagação da onda como a da oscilação gerada são horizontais. Hélio Senatore/ID/BR Representação sem proporção de tamanho e distância. Cores-fantasia oscilações propagação
As ondas transversais podem ser descritas com base em algumas características. A posição de equilíbrio, que é a posição antes e depois da passagem da onda, permite identificar características das ondas, como: • crista: indica a parte mais alta da onda em relação à posição de equilíbrio; • vale: indica a parte mais baixa da onda em relação à posição de equilíbrio; • amplitude (A): é o máximo deslocamento vertical de uma onda medido em relação à posição de equilíbrio. Essa característica se relaciona com a quantidade de energia transportada: quanto maior a energia, maior a amplitude. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a amplitude é medida em metros (m); • comprimento de onda (λ): é o tamanho da onda, medindo-se, no sentido horizontal, a distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos. No Sistema Internacional de Unidades (SI), o comprimento de onda é medido em metros (m). λ – Lambda: décima primeira letra do alfabeto grego. O esquema a seguir representa as características de uma onda: Fig. 1 (p. 200) Representação de uma onda. Observe as cristas, os vales, a amplitude, o comprimento de onda e a posição de equilíbrio. Hélio Senatore/ID/BR comprimento da onda comprimento da onda amplitude amplitude crista
vale posição de equilíbrio Além dessas características, a frequência e o período são determinantes na descrição de uma onda. A frequência, indicada por f, é definida como o número de oscilações da onda em determinado intervalo de tempo. No SI, a unidade de medida de frequência é o hertz (Hz). O nome da unidade é uma homenagem ao cientista alemão Heinrich Hertz (1857-1894). O período, indicado por T, é o tempo de uma oscilação completa. A sua unidade de medida no SI é o segundo (s). O período é o inverso da frequência, ou seja, quanto mais tempo durar a oscilação da onda, menos oscilações ela fará em dado intervalo de tempo. Matematicamente, isso é representado por:
Você já estudou que a velocidade é a razão entre a distância percorrida e o tempo de percurso. A velocidade de propagação de uma onda (v) também apresenta essa relação: a distância percorrida é igual ao comprimento de onda (λ), e o intervalo de tempo é o período da onda (T). Assim, matematicamente: 
No SI, a velocidade de propagação é medida em m/s. Essa velocidade também se relaciona com a frequência da onda: 
Na onda representada a seguir, o comprimento de onda é 5 m, e sua velocidade de propagação é igual a 10 m/s. Fig. 1 (p. 201) Hélio Senatore/ID/BR y (m) A
v = 10 m/s x (m)
Com essas informações, é possível calcular o período e a frequência da onda. Substituindo valores, tem-se que o período é: v= λ 
Para calcular a frequência, utiliza-se sua relação com o período: 
Roteiro A relação entre o período e a frequência é chamada de inversamente proporcional: 
Existe a relação entre o comprimento de onda e a frequência, que também é inversamente proporcional: 
Nela, a velocidade (v) é chamada constante de proporcionalidade. Já a relação entre o comprimento de onda e o período é:
Investigue como essa relação é chamada e também busque conhecer os gráficos de cada uma. Página 202 ATIVIDADES Responda sempre no caderno. 1. Sobre as ondas, explique por que: a) Não é possível enviar ondas sonoras da Terra para a Lua ou vice-versa. b) É possível ver a luz refletida pela Lua.
Chad Ehlers/Stock Connection/Glowimages a) Qual é a natureza da onda gerada pelo deslocamento do barco na água? b) Identifique se são ondas longitudinais ou transversais. 3. Identifique os fenômenos ondulatórios nas situações mostradas nas imagens a seguir. a)
Paula Radi/ID/BR Cores-fantasia BUUM! b)
Dmitry Naumov/Dreamstime.com/ID/BR 4. Considerando que a velocidade do som no ar é de 340 m/s, qual o comprimento de onda de um som com frequência de 10000 Hz? 5. Na ultrassonografia utiliza-se um aparelho que emite ultrassom no comprimento de onda de 1,54 mm. Esse aparelho permite visualizar o interior do paciente sem a necessidade de cortes ou perfurações. Se, durante um exame, o equipamento emitir ondas ultrassônicas de 1 MHz, qual a velocidade do ultrassom no interior do paciente? Fig. 4 (p. 202) bart78/Shutterstock.com/ID/BR 6. Um método prático para medir a distância de um relâmpago até o local onde estamos é contar, de maneira pausada, os segundos após visualizar o relâmpago e multiplicar esse valor por 340. Sendo a velocidade da luz igual a 300000 km/s, e a do som no ar, 340 m/s, como podemos justificar esse método? Fig. 5 (p. 202) Mihai Simonia/Shutterstock.com/ID/BR Página 203 Ondas sonoras Ao escutar uma música, um ruído ou uma pessoa falando, a orelha humana capta ondas mecânicas que se propagam no ar, chamadas de ondas sonoras. Essas ondas estão numa faixa de frequência de 20 Hz a 20.000 Hz. Ondas com frequência acima de 20.000 Hz são chamadas de ultrassons. Elas são usadas, entre outras situações, nas ultrassonografias, como você viu na abertura deste capítulo. Ondas com frequência inferior a 20 Hz são chamadas de infrassons. Elas são geradas, por exemplo, em terremotos e, nesse caso, se propagam pela crosta terrestre. A audição de certos animais capta ondas sonoras em faixas de frequências diferentes e, em geral, mais amplas que a do ser humano. O cão, por exemplo, é capaz de ouvir sons entre 15 Hz e 50.000 Hz. Observe o gráfico a seguir. Fig. 1 (p. 203) Gráfico representando as frequências audíveis por algumas espécies de animais. Fonte de pesquisa: José E. R. Drurán. Biofísica: fundamentos e aplicações. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2003. Paula Radi/ID/BR Representação sem proporção de tamanho. Cores-fantasia FAIXAS DE FREQUÊNCIAS DOS SONS AUDÍVEIS frequência (Hz) ser humano 20 Hz - 20000 Hz golfinho 150 Hz - 150000 Hz cão 15 Hz - 50000 Hz gato 60 Hz - 65000 Hz morcego 1000 Hz - 120000 Hz
A velocidade das ondas sonoras depende do meio material onde se propagam. No ar, a 20 °C, essa velocidade é igual a 340 m/s. Na água, a velocidade de propagação aumenta consideravelmente, para aproximadamente 1500 m/s. A velocidade em substâncias sólidas depende do material que as compõe, com grandes variações. Na borracha, por exemplo, a velocidade do som é igual a 54 m/s, enquanto no aço a velocidade é igual a 5940 m/s.
O número de Mach é utilizado para descrever a velocidade atingida por aeronaves, como o Dassault-Breguet Mirage 2000, um caça francês, que alcança 2,2 Mach. O número de Mach é a relação entre a velocidade do avião e a velocidade do som; é definido por:
em que:
v0: velocidade do objeto; vs: velocidade do som. Página 204 Equipamentos e sons Vários equipamentos utilizam o som para funcionar. Vamos analisar alguns deles a seguir. Sonar O sonar (do inglês Sound Navigation and Ranging) é utilizado para navegação, pesca, estudo e pesquisa dos oceanos. As frequências acústicas utilizadas em sistemas de sonar variam desde muito baixas (infrassônicas) até extremamente altas (ultrassônicas). A onda emitida pelo sonar reflete no fundo do oceano ou em obstáculos pelo caminho e retorna ao barco; com isso, é possível saber a que distância esses objetos estão.
Representação do funcionamento de um sonar. Reinaldo Vignati/ID/BR Cores-fantasia Representação sem proporção de tamanho e distância.
O ultrassom é usado para detecção de objetos e medição de distâncias, em diagnósticos na medicina veterinária e na medicina humana, para detectar falhas em produtos e estruturas e para limpar, misturar e acelerar processos químicos. Fig. 2 (p. 204) A Utilização de ultrassom na medicina veterinária. AsyaPozniak/Shutterstock.com/ID/BR Fig. 3 (p. 204) B O ultrassom também é usado para detectar falhas em estruturas. Ty Greenlees/MCT/Zumapress/Glow Images Estetoscópio Instrumento utilizado para amplificar sons corporais. O auscultador – parte metálica que encosta no paciente – amplifica os sons internos, que são conduzidos pelos tubos e chegam ao ouvido do médico. O auscultador pode ser usado para ouvir sons de alta frequência – com o diafragma, parte maior com a membrana – e baixa frequência – pelo sino, com forma cônica e sem membrana. Fig. 4 (p. 204) O estetoscópio é utilizado para ouvir batimentos cardíacos e ruídos. BSIP/UIG/Getty Images
O ser humano consegue perceber três características fisiológicas dos sons: altura, intensidade e timbre. Altura A altura do som relaciona-se diretamente com a frequência. Sons graves possuem baixa frequência; sons agudos possuem alta frequência. A figura abaixo representa ondas sonoras de mesma amplitude e frequências diferentes, portanto, com alturas diferentes Fig. 1 (p. 205) As duas ondas representadas possuem frequências diferentes mas a mesma amplitude. Ilustrações: Paula Radi/ID/BR Representação sem proporção de tamanho. amplitude (m) som grave: frequência baixa tempo (s) amplitude (m) som agudo: frequência alta tempo (s) Intensidade A intensidade sonora é percebida pela orelha em função da energia que a atinge. Um som forte tem grande amplitude e transfere grande quantidade de energia. No SI, a intensidade do som é medida na unidade denominada bel (B), mas seu submúltiplo, o decibel (dB), é mais utilizado. O termo “bel” é uma homenagem a Graham Bell (1847-1922), que inventou o telefone e desenvolvia pesquisas sobre a fala e a audição.
Veja a figura abaixo. Ela compara diferentes fontes sonoras emitindo ondas com a mesma frequência. Perceba que a forma da onda muda de uma fonte para outra. Essa característica específica de cada fonte sonora, que permite sua identificação pelo receptor, é chamada de timbre.
Representação de ondas sonoras de mesma frequência, emitidas por diferentes fontes e caracterizadas por seu timbre. Representação sem proporção de tamanho. Cores-fantasia diapasão flauta
voz violino
Página 206 Sensação sonora A onda sonora é captada pela orelha humana e decodificada e interpretada pelo cérebro. Esse processo é chamado de sensação sonora. A orelha é formada por três partes, chamadas de orelha externa, orelha média e orelha interna. Cada uma desempenha diferentes funções para que uma pessoa ouça. De maneira simplificada, o processo ocorre na sequência descrita a seguir. • Na orelha externa, a onda sonora é captada e pré-amplificada pela orelha propriamente dita. A energia dessas vibrações é transmitida até a orelha média por um canal, o meato acústico externo. No início da orelha média, essa energia faz a membrana timpânica vibrar e transferir essa vibração para três ossículos, chamados martelo, bigorna e estribo; estes amplificam o som novamente e o transmitem para a orelha interna. • Na orelha interna, a onda sonora entra na cóclea e se propaga pelo líquido aí existente; essa energia estimula o nervo auditivo, que, por sua vez, transmite esse sinal ao cérebro. Fig. 1 (p. 206) Esquema simplificado das estruturas presentes na orelha. Fonte de pesquisa: G. J. Tortora; S. R. Grabowski. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 8. ed. Porto Alegre: Artmed, 2012. p. 315. ID/ES
orelha externa orelha média orelha interna ossículos nervo auditivo cóclea
membrana timpânica meato acústico externo orelha propriamente dita Representação sem proporção de tamanho e distância. Cores-fantasia
Quando a orelha ou o nervo auditivo apresentam problemas, a pessoa pode perder a capacidade de ouvir de maneira parcial ou total, desencadeando, respectivamente, perda auditiva ou surdez. As causas da surdez são muitas e podem acontecer em diferentes regiões da orelha, necessitando da avaliação de um médico para o diagnóstico. Para refletir Perda auditiva A Organização Mundial da Saúde (OMS) calcula que, aproximadamente, 1,1 bilhão de adolescentes e jovens adultos correm risco de perda auditiva. De acordo com dados de estudos feitos em países de renda média e alta, analisados pela OMS, cerca de 50% dos adolescentes e jovens adultos entre 12 e 35 anos de idade são expostos a níveis sonoros inseguros pelo uso de dispositivos pessoais de áudio, e cerca de 40% são expostos a níveis sonoros potencialmente prejudiciais em locais de entretenimento. O estudo ainda mostra que 360 milhões de pessoas em todo o mundo têm perda auditiva de moderada a profunda. As causas são diversas, entre elas barulho, condições genéticas, complicações no nascimento, doenças e envelhecimento, entre outras. • Discuta com os colegas sobre os impactos na saúde causados pelo uso de fones de ouvido e músicas altas e pela poluição sonora na cidade. Proponha soluções viáveis para diminuir os riscos.
Que propriedade das ondas sonoras pode ser relacionada à diminuição na capacidade auditiva? Explique. Página 207 Prática de Ciências Geração e caracterização de ondas mecânicas Você realizará quatro atividades que permitirão observar a geração de ondas mecânicas e algumas de suas características. Experimento 1 – Ondas mecânicas em material elástico Material •um balão de festa Procedimento 1. Encha o balão de festa. Fig. 1 (p. 207) André Ceolin/ID/BR 2. Posicione esse balão em frente à boca e comece a falar. INTEGRANDO IDEAS 1. Descreva o que ocorre com o balão no momento em que você fala. 2. Explique por que esse efeito é uma evidência da propagação de ondas mecânicas ao falar. 3. Falar mais alto faz o balão vibrar mais intensamente? Identifique a variável que é modificada nessa situação. Experimento 2 – A vibração do som Material •um aparelho de som com alto-falante exposto Procedimento 1. Ligue o aparelho de som. 2. Aumente e diminua o volume algumas vezes. Observe a membrana do alto-falante conforme a intensidade aumenta ou diminui. Fig. 2 (p. 207) Joris van den Heuvel/Shutterstock.com/ID/BR Esta é a membrana, a parte do alto-falante que deverá ser observada.
Perceber a propagação de ondas mecânicas em um meio sólido. Material •dois copos de iogurte vazios •dois metros de barbante •tesoura ATENÇÃO: Muito cuidado ao manipular tesoura! Procedimento 1. Com a tesoura, faça um furo no fundo do copo de iogurte, passe uma extremidade do barbante para dentro do copo e prenda-a com um nó. 2. Repita o procedimento anterior, prendendo o outro copo na outra extremidade do barbante. 3. Cada aluno segura um dos copos e se afasta, até que o fio fique esticado. 4. Um dos alunos fala, com a boca próxima do copo, enquanto o outro aluno coloca o copo perto da orelha, conforme a ilustração. Fig. 1 (p. 208) André Ceolin/ID/BR INTEGRANDO IDEAS 10. Descreva como acontece a transmissão de ondas nessa montagem experimental. 11. Supondo que as duas pessoas estivessem em quartos diferentes, isolados por uma região sem ar, seria possível acontecer a comunicação com essa montagem experimental? Justifique. Página 209 ATIVIDADES Responda sempre no caderno. 1. Diferencie onda sonora de sensação sonora. 2. Nos antigos filmes de faroeste, os indígenas encostavam uma orelha nos trilhos para perceber a chegada dos trens. Explique o motivo para esse método ser ou não mais eficiente que escutar o som do trem se aproximando pelo ar. 3. A imagem a seguir representa sons de diferentes frequências e amplitudes. Fig. 1 (p. 209) Paula Radi/ID/BR A B a) Identifique o som mais grave e o mais agudo. b) Identifique o som com maior volume/intensidade. c) Que som tem maior comprimento de onda? d) Crie em seu caderno ondas de comprimentos iguais, mas com amplitudes diferentes.
ID/BR
Gráfico elaborado para fins didáticos. COMPRIMENTO , AMPLITUDE E FREQUÊNCIA DE DUAS ONDAS onda 1 onda 2
y (m) 2 1 x (m) 2 4 6 8 10 12 a) Identifique a onda com maior frequência. b) Identifique a onda com maior amplitude. c) Dê o valor da amplitude de cada onda. d) Dê os valores dos comprimentos de cada uma das ondas. 5. Os golfinhos utilizam ultrassom, na faixa de 150 kHz, para caçar suas presas. Qual o menor comprimento da presa que eles conseguem detectar? (Considere que a velocidade do som na água é de 1480 m/s e que o menor comprimento da presa equivale ao menor comprimento de onda que o golfinho consegue detectar.) 6. O eco é um fenômeno ondulatório que serviu de base para a construção do sonar e da ultrassonografia. O som percorre a distância até um obstáculo, a parede de uma caverna, por exemplo, e retorna até a fonte sonora. Nesse percurso, o som percorre duas vezes a distância entre a fonte sonora e o obstáculo, em um intervalo de tempo t e com a velocidade do som do ambiente, que pode ser aéreo ou aquático. Matematicamente, obtemos a seguinte relação: 
Considerando que a velocidade do som no ar é de 340 m/s e que o tempo mínimo de um eco para que uma pessoa possa ouvir a própria voz, o chamado tempo de remanescência, é de 0,1 s, qual a distância mínima que a pessoa deve estar da parede de uma caverna para se ouvir? 7. Leia o texto abaixo e responda às questões. Sonoplastia Sonoplastia é a produção artificial de sons. Ela é utilizada em peças de teatro, rádio, cinema e televisão para recriar sons de movimento, de chuva, de trovões e de animais, por exemplo. Assim, bater cascas de cocos produz um ruído parecido com a marcha de um cavalo e nos ajuda a imaginar essa ação. a) Que característica(s) de um som devemos reproduzir para imitá-lo? b) Como você faria para imitar o som da chuva ou de trovões? Página 210 CAPÍTULO 14 Ondas e luz Fig. 1 (p. 210) Estas fotografias mostram vários tipos de antena. A Antena parabólica residencial (capta sinais transmitidos por satélites); B antena de rádio em automóvel; C antenas de radiotelescópio (captam ondas de rádio vindas do espaço); D antena de transmissão de rádio, televisão e telefonia. A B C D Fritz Langmann/Dreamstime.com/ID/BR Fernando Favoretto/Criar Imagem fstockfoto/Dreamstime.com/ID/BR JCVStock/Shutterstock.com/ID/BR As ondas eletromagnéticas são fundamentais no dia a dia porque, entre outras razões, estão relacionadas à comunicação entre as pessoas. Esse tipo de onda possibilita, por exemplo, a comunicação escrita entre grandes distâncias por meio do telégrafo; também permite a comunicação por meio de rádio e a visualização do emissor de uma mensagem pela tela da televisão. Antes do advento da internet, havia um emissor de ondas definido: a estação de rádio ou de televisão, que captava o conteúdo, transformava-o em uma onda eletromagnética e emitia o sinal para que as antenas adequadas o captassem e o decodificassem por meio de um aparelho receptor, isto é, o rádio ou a televisão instalados dentro de casa. Com a internet, esse processo se modificou, tornando possível emitir e receber informações simultaneamente. Ou seja, os receptores deixaram de ser meros espectadores e se tornaram também emissores, podendo produzir e publicar informação. Outro aspecto menos conhecido das ondas eletromagnéticas são as pesquisas relacionadas à radioastronomia, isto é, pesquisas nas quais se estudam as ondas eletromagnéticas emitidas pelos corpos celestes, que são captadas por antenas muito grandes instaladas na superfície da Terra.
As ondas eletromagnéticas compõem um amplo conjunto, chamado de espectro eletromagnético, que pode ser organizado em função das frequências ou de seus comprimentos de onda. Os valores de comprimento de onda variam de alguns milímetros até centenas de metros, e cada faixa de frequências possui características e aplicações específicas. Essas ondas também são chamadas de radiação eletromagnética. O espectro eletromagnético pode ser dividido em regiões com diferentes nomes: rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios X e raios gama. Veja a figura a seguir.
Espectro eletromagnético com indicação dos valores de comprimento de onda e das frequências das ondas eletromagnéticas. A região da luz visível está ampliada. Paula Radi/ID/BR Representação sem proporção de tamanho. comprimento de onda (metros) rádio 103 micro-ondas 10–2 infravermelho 10–5 luz visível 0,5 . 10–6 ultravioleta 10–8 raios X 10–10 raios gama10–12 frequência (Hz) 104 108 1012 1015 1016 1018 1020 frequência infravermelho espectro vísível vermelho alaranjado amarelo verde azul índigo violeta ultravioleta 4,3 . 1014 Hz 7,5 . 1014 Hz As ondas de cada região são caracterizadas por seus valores de frequência e comprimento de onda, mas todas têm em comum a velocidade de propagação de 300000000 m/s no SI. Essa é a velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas no vácuo, o maior valor de velocidade possível. A luz visível representa somente um pequeno trecho de todo o espectro, com comprimento de onda variando entre 400 e 700 nanômetros, frequências entre 4,3 ⋅ 1014 Hz e 7,5 ⋅ 1014 Hz, respectivamente, para vermelho e violeta. Cada comprimento de onda corresponde aproximadamente a uma cor diferente. Nanômetro: submúltiplo da unidade metro igual a 0,000000001 m (10–9 m), cujo símbolo é nm. As micro-ondas são aplicadas na telefonia móvel e nos fornos de micro-ondas, por exemplo. Como os nomes indicam, a radiação que possui frequências menores, localizada imediatamente antes da faixa de luz visível, é chamada de infravermelha, e aquela que se localiza imediatamente depois da luz visível, com frequências maiores, é a ultravioleta. Página 212 A luz Alguns comportamentos da luz podem ser compreendidos ao observarmos como ela se propaga em situações cotidianas. Esses comportamentos são aplicações dos princípios da reversibilidade e da propagação retilínea e da independência dos raios de luz. Princípios da propagação retilínea e da independência A foto abaixo mostra holofotes acesos durante um show. Observe que os raios de luz saem em linha reta dos holofotes e se propagam pelo ar sem que um raio interfira no outro, mesmo ao se cruzarem. Fig. 1 (p. 212) Yang Yu/Dreamstime.com/ID/BR Diferentes feixes de luz em trajetória retilínea e independente. Os raios de luz se propagam em feixes retilíneos e independentes, isto é, dois ou mais raios de luz podem se cruzar sem modificar sua trajetória, sua intensidade ou sua frequência, o que, no exemplo, é evidenciado pela cor do feixe. Princípio da reversibilidade Observe as seguintes situações. Fig. 2 (p. 212) Na foto A , um motorista cuidadoso observa frequentemente os espelhos retrovisores ao dirigir; assim, pode verificar se a pista está desimpedida para mudar de faixa, se o motorista do carro de trás está cometendo imprudências, etc. Na foto B , o motorista de um ônibus pode acompanhar o movimento dos passageiros pelos espelhos retrovisores internos. A: Ulga/Dreamstime.com/ID/BR; B: Blendimages/Other Images Os retrovisores são uma aplicação do princípio da reversibilidade dos raios de luz, segundo o qual a trajetória dos raios não depende do sentido de propagação da onda, conforme mostrado no esquema ao lado. Fig. 3 (p. 212) Representação do princípio da reversibilidade. O raio de luz parte de A, reflete em B e chega a C. Pelo mesmo caminho, o raio de luz sai de C, reflete em B e chega a A. Dessa forma, uma pessoa consegue enxergar a outra refletida no espelho. Hélio Senatore/ID/BR A B C A B C Página 213 Fontes de luz Os corpos podem ser classificados como fontes de luz primárias e secundárias. As fontes de luz primárias, ou corpos luminosos, produzem luz e a emitem. Alguns exemplos de fontes de luz primárias são o Sol, as demais estrelas, uma lâmpada e um vaga-lume.
Fabio Colombini/Acervo do fotógrafo Raios de luz solar atravessando as nuvens.
Nickolay Khoroshkov/Shutterstock.com/ID/BR Luz produzida por uma lâmpada alimentada por energia elétrica. As fontes de luz secundárias, ou corpos iluminados, refletem a luz que chega até eles. A Terra, a Lua e qualquer outro objeto visível que não emita luz própria refletem a luz de uma fonte. Reflexão da luz A reflexão ocorre quando a luz incide em uma superfície. Esse fenômeno, que possibilita a visualização de um objeto, pode ocorrer de duas maneiras, dependendo das características da superfície onde o raio de luz incide. Se a superfície for irregular ou rugosa, a reflexão da luz será difusa, por se propagar em diversas direções; se a superfície for lisa, como a de um espelho, a reflexão da luz será regular. Para que um objeto seja visualizado, a luz vinda de uma fonte primária deve incidir sobre ele e ser refletida, chegando aos olhos do observador. Visualização de um objeto Fig. 3 (p. 213) A luz que sai da lâmpada chega ao boneco, que a reflete. Parte da luz chega ao olho da pessoa, que enxerga o boneco. Ilustrações: Hélio Senatore/ID/BR fonte de luz objeto iluminado Reflexão difusa Fig. 4 (p. 213) Raios de luz (em amarelo) incidem sobre uma superfície irregular. Os raios refletidos propagam-se em várias direções. Reflexão regular
Raios de luz (em amarelo) incidem sobre uma superfície espelhada. ID/CL superfície espelhada Página 214 Princípios da reflexão regular A reflexão regular acontece em superfícies espelhadas e permite a formação da imagem do objeto sobre a superfície refletora. Esse fenômeno segue dois princípios: 1º princípio: o raio de luz incidente (luz que chega ao espelho), a reta normal e o raio refletido estão no mesmo plano.
2º princípio: o ângulo formado entre a reta normal e a luz incidente (chamado î) tem o mesmo valor do ângulo formado entre a reta normal e a luz refletida (chamado rˆ). Fig. 1 (p. 214) Representação dos dois princípios da reflexão regular. Ilustrações: Hélio Senatore/ID/BR 1º princípio luz refletida reta normal luz incidente espelho
2º princípio luz refletida reta normal luz incidente rˆ î espelhoˆr = î Visualização da imagem de um objeto em um espelho plano A visualização da imagem de um objeto no espelho acontece devido à reflexão regular. O objeto visualizado é iluminado por uma fonte primária e reflete os raios de luz que recebe. Esses raios saem do objeto, incidem no espelho, refletem e atingem os olhos do observador. Para representar a imagem do objeto, os raios de luz que chegam aos olhos do observador, isto é, os raios refletidos, são prolongados para trás do espelho, como se a imagem vista pelo observador estivesse dentro do espelho. O cérebro do observador interpreta que os raios de luz partem da imagem refletida no espelho sem notar a mudança na trajetória dos raios.
Esquema que representa a formação da imagem de um objeto em um espelho plano. olho raio refletido espelho plano objeto
imagem propagação do raio refletido Página 215 Espectro visível e cores Espectro visível é a porção do espectro eletromagnético cuja radiação pode ser captada pelo olho humano. Essa radiação é o que chamamos de luz visível ou, simplesmente, luz. A luz visível pode ser separada em vários comprimentos de onda, que correspondem a diferentes cores, como mostra a tabela a seguir. As frequências mais baixas correspondem ao vermelho, que possui o maior comprimento de onda, seguido do laranja, amarelo, verde, azul-claro, azul e, finalmente, o violeta, com a maior frequência. A luz branca é o resultado da superposição de luzes de todas as cores. Quando se coloca sobre o facho de uma lanterna um filtro colorido – um papel celofane verde, vermelho ou azul, por exemplo – é produzida uma luz chamada de monocromática, isto é, de apenas uma cor. Sem o papel celofane, tem-se um feixe de luz policromático, ou seja, composto de cores diferentes. Fig. 1 (p. 215) A luz branca, ao incidir sobre um prisma, é separada em feixes de luzes coloridas, uma das evidências de que a luz branca é um feixe policromático, isto é, composto de vários comprimentos de onda diferentes. GIPhotoStock/Photo Researchers, Inc./Latinstock
Helio Senatore/ID/BR Tabela com comprimentos de onda e frequências das cores
vermelho 625-740 480-405 laranja 590-625 510-480 amarelo 565-590 530-510 verde 500-565 600-530 ciano 485-500 620-600 azul 440-485 680-620 violeta 380-440 790-680 Quando um feixe de luz policromático atinge um objeto de determinada cor, o comprimento de onda referente à cor do objeto é refletido, e o restante dos comprimentos de onda é absorvido. Por exemplo, uma parede amarela reflete os comprimentos de onda próximos ao amarelo e absorve os comprimentos de onda correspondentes às demais cores. Já um objeto preto absorve todos os comprimentos de onda da luz que incide sobre ele. Como nada é refletido, vemos o preto, que é a ausência de luz.
Representação de um feixe de luz incidindo em duas tintas de cores diferentes. A tinta branca reflete todo o comprimento de onda, enquanto a verde reflete apenas o comprimento de onda correspondente a essa cor. Adilson Secco/ID/BR luz branca branco luz branca verde Na web Aprenda mais sobre as cores, a reflexão e a refração da luz usando simuladores de fenômenos ópticos do Laboratório Virtual no site da Estação Ciência. Disponível em: Yüklə 304,33 Kb. Dostları ilə paylaş:
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