Som e Luz - trabalho de FQ

1. Som e Luz
Trabalho elaborado por:
Fábio Simões, TAS-APZ

2. Som e Luz
Espectáculo de raios laser
Concerto musical
Trovoada

3. Transmissão de sinais
Toda a comunicação de informação envolve a transmissão e
uso de sinais.
Sinal
Um sinal é uma perturbação de qualquer espécie que é
usada para comunicar (transmitir) uma mensagem ou parte
dela.
Propagação
de um sinal
Sinais originam ondas que se propagam no espaço e no
tempo.
Numa onda há propagação de energia, por
vezes a grandes distâncias, mas não há
deslocamento de matéria. Há apenas
oscilações das partículas.

4. O que é uma onda?
O que acontece numa onda é mais ou menos o que
acontece no chamado «efeito dominó».
Uma perturbação é causada, por alguém ou por
alguma fonte, e esta perturbação propaga-se de
um ponto para outro.
Efeito «dominó»
Quando se coloca uma fila de dominós, por exemplo, e se derruba o primeiro, causa-
se uma perturbação somente no primeiro dominó.
A perturbação propaga-se de um lugar para o outro.
A perturbação causada no primeiro dominó chega até ao último, derrubando-o, apesar
de cada dominó não ter saído da sua posição inicial.
A energia aplicada ao primeiro dominó chega até à última peça.
A perturbação transportou somente energia.

5. Ondas Mecânicas e Eletromagnéticas
Ondas mecânicas Ondas eletromagnéticas
Ondas mecânicas são aquelas que
precisam de um meio material para se
poderem propagar.
Ondas electromagnéticas não precisam
de meios materiais para se propagar.
A perturbação é causada em campos
electromagnéticos e propaga-se através
deles.
Ondas no oceano Som
Todas são perturbações causadas em
meios materiais
A luz do Sol
chega até nós
mesmo existindo
vácuo no espaço.
Outros exemplos de ondas
electromagnéticas são as
microondas, as ondas de rádio etc.
Luz

6. Transmissão de sinais
Toda a comunicação de informação envolve a transmissão e
uso de sinais.
Emissão Propagação Recepção
Vibração de
um objecto
Onda de som
(mecânica)
Ouvido
(membrana)
Som
Luz Oscilações de
cargas eléctricas
Onda de luz
(electromagnética)
Olho
(retina)

7. Tipos de ondas
Ondas
Ondas transversais Ondas longitudinais
As espiras vibram numa direcção
perpendicular à direcção de
propagação da onda.
As espiras vibram para um lado e
para o outro da posição de
equilíbrio na própria direcção de
propagação.

8. Características das ondas
Amplitude Corresponde à distância máxima de elongação
Ondas com amplitude diferente
O ponto mais alto da onda chama-se CRISTA.
O ponto mais baixo denomina-se VALE.
Crista
Vale

9. Características das ondas
Meio material Velocidade (m/s)
ar (0 ºC ; 1 atm) 331
Hidrogénio (0 ºC ; 1 atm) 1284
água (20ºC) 1482
granito 6000
alumínio 6420
t
d
v


Velocidade
Toda as ondas possuem uma velocidade de propagação.
Geralmente a velocidade da onda depende do meio material
onde ela se está a mover.
Para calcular esta velocidade média é preciso
dividir a distância percorrida pela onda pelo
tempo.
A tabela permite comparar, por exemplo, a
velocidade do som em diferentes meios.
Em que material o som se propaga com maior velocidade?
Água ou ar?

10. Características das ondas
fc  
Comprimento
de onda
O comprimento de onda, representado pela letra  (lambda), é a
distância mínima entre dois pontos que estão na mesma fase. A
unidade de base do Sistema Internacional de Unidades é o metro (m).
Período
É o intervalo de tempo mínimo em que se completa um ciclo. O
período é representado pela letra T. A unidade de base do Sistema
Internacional de Unidades é o segundo (s).
Frequência
A frequência de onda (f) corresponde ao número de ciclos
(oscilações) realizados por unidade de tempo (segundo).
No Sistema Internacional de Unidades a frequência expressa-se em
hertz (Hz).
* Uma oscilação completa representa a passagem de um comprimento
de onda – ..

11. Produção e Transmissão
de Som

12. Fontes Sonoras
As fontes mais variadas e ricas em qualidade sonora são os instrumentos
musicais, que, de forma geral, podem ser classificados em três grandes
grupos:
– Instrumentos de sopro
– Instrumentos de percussão
– Instrumentos de cordas
Fonte sonora
É qualquer corpo capaz de fazer o ar oscilar com ondas de
frequência e amplitude detectáveis pelos nossos ouvidos
clarinete, flauta, flautim, oboé,
fagote, órgão de sopro, saxofone
tambor, atabaque, bongo,
bateria, xilofone
violino, viola, contrabaixo,
harpa, piano, violoncelo

13. Tipos de Sons e Fontes Sonoras
Cada instrumento musical tem a característica de emitir uma mesma nota com
timbre diferente dos demais instrumentos. Isso dá ao instrumento uma
qualidade particular, que o torna único.
Percussão
Os sons dos instrumentos de
percussão dependem da vibração
da película flexível em que se
bate, com baquetas ou com as
mãos
Cordas
Os instrumentos de corda
têm uma caixa acústica que
amplifica o som produzido
pela vibração das cordas,
como o caso do violino, da
viola, do violoncelo, do
contra-baixo e do violão
Sopro
Nos instrumentos de sopro, o
músico vibra o ar directamente,
utilizando-se dos próprios lábios,
da força do diafragma e do
controlo das aberturas do
instrumento (com os seus dedos).

14. Propriedades dos sons
Altura
Distingue sons agudos e sons graves.
A sua percepção varia de indivíduo para indivíduo, mas sobretudo entre
os animais e os humanos.
Som grave
(poucas vibrações/s)
Som agudo
(muitas vibrações/s)
Característica da onda Propriedade do som
Frequência Altura

15. Propriedades dos sons
Intensidade
Intensidade do som (volume acústico) – Energia transferida pela
onda sonora por unidade de tempo através da unidade de superfície
perpendicular à direcção de propagação (potência sonora por unidade
de área Watt/m2)
Intensidade auditiva – Sensação sonora detectada pelo ouvido
humano (sons fracos / sons fortes)
Sons fracos
(pequena amplitude)
Sons fortes
(grande amplitude)
Característica da onda Propriedade do som
Amplitude Intensidade

16. Propriedades dos sons
• Cada tipo de instrumento musical
tem uma espécie de «assinatura»:
um conjunto de características
sonoras associadas.
• A esse conjunto de características
chamamos de timbre.
• A mesma nota emitida por um
trompete soa diferente quando é
produzida por um violino.
Timbre
Propriedade que permite distinguir dois sons com a mesma altura e
intensidade emitidos por fontes sonoras diferentes (distingue as vozes
humanas e sons emitidos com a mesma altura e intensidade emitidos
por instrumentos diferentes).

17. Reflexão do som
• A reflexão, é observada quando existe o encontro de uma onda com
uma superfície rígida;
• Mantém as características da onda incidente e ocorre sempre que as
dimensões da superfície rígida forem muito maiores do que o
comprimento de onda.
A reflexão do som
pode ocasionar os fenómenos
Eco Reverberação

18. Reflexão do som
Eco
observado sempre que a onda incidente possui intensidade suficiente e
permite um atraso suficiente para que a onda reflectida seja percebida
distintamente.
Para uma pessoa ouvir o eco de um
som por ela produzido, deve ficar
situada a, no mínimo, 17 m do
obstáculo reflector.
• O ouvido humano só pode
distinguir dois sons com intervalo
de 0,1 s.
• O som, tem a velocidade de
340 m/s, no ar.
• O som percorre 34 m nesse
tempo.
341,0340  dd



1,0
340
d
t
d
v
m

19. Reflexão do som
A reverberação ocorre quando a diferença entre os instantes em que se recebem os
dois sons é inferior a 0,1 s.
Não se percebe um novo som, mas há uma continuação do som inicial.
Reverberação
reflexões sucessivas nas paredes, tectos e outros obstáculos provocam
alterações na intensidade dos sons que ouvimos, reforçando-o e
prolongando-o durante algum tempo depois de cessada a emissão.
A reverberação pode ajudar a compreender o que está a ser dito por um orador num
auditório. No entanto, o excesso de reverberação pode atrapalhar o entendimento.

20. Refracção do som
A refracção é um fenómeno que ocorre quando a velocidade de
propagação sofre alterações. O que pode acontecer quando há
mudança de meio ou no mesmo meio quando este não seja
homogéneo. Na refracção, há normalmente mudança de direcção de
propagação.
Refração
O som que se ouve proveniente de uma onda sonora é diferente daquele que se ouve
quando um obstáculo (balão) interrompe as ondas sonoras antes de alcançar o nosso
ouvido.
Existe uma mudança na velocidade de propagação do som.

21. Isoladores sonoros – Absorção
O planeamento do isolamento sonoro de um
edifício pressupõe ampla análise do problema para
uma fundamental tomada de decisão:
– Fonte de ruídos
– Caminhos percorridos por eles ou receptores
(pessoas que os escutam)...
– O que deve ser isolado?
– Como isolá-los?
Absorção
A absorção ocorre quando uma onda atinge um obstáculo qualquer e
deposita parte de sua energia sonora ali, sendo reflectida ou
transmitida ou refractada com uma intensidade menor.
Estes materiais podem ser usados correctamente para a redução da transmissão
do som.
Devem ser utilizados materiais absorvedores como placas, painéis e forros de
espumas de poliuretano, lãs e feltros de rocha, de vidro ou de cerâmica.
Existem bons e maus
isoladores de som.

22. Difracção do som
Difração
A difracção é a mudança na direcção da propagação da onda devido à
passagem do som por um obstáculo qualquer.
• Isso permite que possamos ouvir o rádio num local da casa diferente
de onde o rádio se encontra.
• Existe uma relação entre o comprimento de onda, as dimensões do
obstáculo e a difracção (quanto maior a razão entre os dois
primeiros, maior é a difracção).

23. Intensidade do som e nível de intensidade sonora
A unidade de medida
é o decibel (dB)
A unidade de medida
é o watt/m2
Intensidade do som Nível de intensidade sonora
Escala especial que exprime o
nível de intensidade sonora ou
nível sonoro.
O sonómetro
mede o nível
de intensidade
sonora e está
graduado em
decibel.

24. Espectro sonoro
O espectro sonoro é constituído por:
1. Uma banda de frequências (0Hz-20Hz) – conjunto de infra-sons (vibrações
muito lentas – inferiores a 20 vibrações por segundo e não podem ser
detectadas pelo ouvido humano);
2. Uma banda de frequências(20Hz-20KHz) – conjunto de sons audíveis ou
percepcionados pelo ouvido humano;
3. Uma banda de frequências (acima de 20kHz) – conjunto de ultra-sons
(vibrações demasiado rápidas – não podem ser detectadas pelo ouvido
humano. São percepcionados por gatos, cães e morcegos).
Espectro
sonoro
distribuição, no domínio das frequências, do conjunto de todas as
ondas que formam um som.

25. Problemas de audição
Constituição do ouvido humano Deficiência auditiva ou surdez é a
incapacidade parcial ou total de audição.
Pode ser de nascença ou causada
posteriormente por doenças.
Audiograma – regista o limiar de audibilidade
de cada pessoa.
A – pavilhão auricular (orelha);
B – canal auditivo externo;
C – tímpano;
D – trompa de Eustáquio;
E – labirinto;
F – caracol;
G – ossículos;
H – nervo auditivo.

26. O som no dia-a-dia
A ultra-sonografia, ou ecografia, é um método diagnóstico que aproveita o eco produzido
pelo som para ver em tempo real as sombras produzidas pelas estruturas e órgãos do
organismo.
Os aparelhos de ecografia usam os ultra-som em geral utilizam uma frequência
próxima de 1 MHz.
Conforme a densidade e composição das estruturas a atenuação e mudança de fase
dos sinais emitidos varia, sendo possível a tradução numa escala de cinza, que formará
a imagem dos órgãos internos.
Ecografia

27. O som no dia-a-dia
Uma das aplicações do eco é o sonar dos navios. Os navios emitem
ondas sonoras que vão ao fundo e retornam num determinado
intervalo de tempo.
Conhecendo-se as características das ondas, como velocidade,
frequência e o tempo gasto para a onda ir e voltar, pode-se calcular a
profundidade de um cardume, a forma dos fundos oceânicos ou
localizar embarcações.
Sonar

28. Propriedades e Aplicações da
Luz

29. Sinais luminosos
Fontes luminosas
Naturais Artificiais
Luz
Objectos
Comunicar
Transparentes
(deixam-se atravessar
pela luz)
Translúcidos
(deixam-se atravessar
parcialmente pela luz)
Opacos
(não se deixam
atravessar pela luz)
Ondas
electromagnéticas
Energia
Corpos
iluminados
Todos os corpos que não
possuem luz própria
Corpos
luminosos
Todos os corpos que produzem
ou têm luz própria

30. Espectro electromagnético
Espectro de radiação
eletromagnética
Conjunto de todas as radiações
Espectro de luz visível Conjunto das radiações visíveis (perceptíveis pelo olho humano)

31. Triângulo de visão
A energia luminosa propaga-se a
partir da fonte luminosa, com um
determinado número de
propriedades:
– Propaga-se em linha recta;
– Tem uma velocidade definida de
propagação (cerca de 3x108 m/s
no vazio);
– Pode desaparecer, total ou
parcialmente quando atravessa
um meio material;
– Conserva-se desde que não
encontre nenhum meio que a
absorva.
modelo físico que representa o
mecanismo de visão
Fonte
Corpo
Receptor
Triângulo de visão
Representação da propagação em linha recta
Raio luminoso
Feixe luminoso
(conjunto de raios luminosos)

32. Propriedades da luz
Os feixes luminosos podem apresentar trajectórias
diferentes
Feixe
divergente
quando os raios de luz se afastam em
todas as direcções.
Feixe
convergente
quando os raios de luz se aproximam
de um ponto.
Feixe
paralelo
quando os raios de luz se propagam
paralelamente sem se cruzarem.

33. Reflexão da luz
Reflexão
da luz
mudança de direcção ou de sentido, que experimentam os raios
luminosos ao incidirem numa superfície polida, continuando a sua
propagação no mesmo meio.
Reflexão difusa ou
difusão – numa
superfície rugosa
Reflexão regular –
numa superfície
polida
Representação da reflexão da luz
PAGINA 37

34. Reflexão da luz
• A imagem é do mesmo tamanho
do objecto
• A imagem encontra-se à mesma
distância do espelho que o objecto
• A imagem apresenta-se
lateralmente invertida (a parte
direita da imagem corresponde à
esquerda do objecto)
Espelhos
planos
placa de vidro cuja superfície posterior recebeu uma fina película de
prata. Quando a luz incide sobre uma superfície deste tipo, ela é
reflectida regularmente. Essa regularidade da reflexão é que permite a
formação de imagens.

35. Imagens em espelhos planos
Representação geométrica de uma imagem num espelho
plano
• Traçar dois raios luminosos que passam
pela parte superior do objecto em
direcção ao espelho (raios incidentes)
• Traçar as normais nos pontos de
incidência
• Traçar para cada raio incidente o
correspondente raio reflectido
• A imagem obtém-se prolongando os
raios reflectidos para trás do espelho

36. Reflexão da luz
Fornecem imagens
sempre virtuais,
direitas, com o mesmo
tamanho e simétricas
dos objectos.
Fazem divergir a luz
que neles incide
Fazem convergir
a luz que neles incide
Espelhos
Planos Esféricos
Côncavos Convexos

37. Imagens em espelhos convexos
Espelhos convexos
Natureza: virtual
Orientação: direita
Tamanho: menor do que o do objecto

38. Imagens em espelhos
côncavos
Natureza: real
Orientação: invertida
Tamanho: menor do que o
do objecto
Objecto antes do
centro de curvatura (C)
Objecto entre o foco (F) e
centro de curvatura (C)
Objecto entre o
foco (F) e o vértice (V)
Natureza: real
Orientação: invertida
Tamanho: maior do que o
do objecto
Natureza: virtual
Orientação: direita
Tamanho: maior do que o
do objecto

39. Fim!

40. Refracção da luz
v
c

Refracção
da luz
variação da direcção de propagação que a luz experimenta ao
atravessar meios diferentes, devido à mudança de velocidade de
propagação do feixe.
Índice de refracção é uma relação entre a velocidade da
luz num determinado meio e a velocidade da luz no vácuo
(c).
Em meios com índices de refracção mais baixos (próximos
de 1) a luz tem velocidade maior (ou seja, próximo a
velocidade da luz no vácuo).
A relação pode ser descrita pela fórmula:
onde:
c é a velocidade da luz no vácuo (c = 3 x 108 m/s);
v é a velocidade da luz no meio;

41. Lentes
Lente esférica
sistema constituído por duas superfícies esféricos ou uma superfície
esférica e uma plano, nos quais a luz sofre duas refracções
consecutivas.
Lentes esféricas convergentes
(de bordos delgados ou convexas)
Lentes esféricas divergentes
(de bordos espessos ou côncavas)

42. Lentes
Lentes esféricas convergentes
(de bordos delgados ou convexas)
Quando um feixe de raios paralelos ao eixo principal, incide sobre uma lente
convergente, emerge convergindo os raios de luz para um ponto denominado
foco.

43. Lentes
Quando um feixe de raios de luz, paralelos ao eixo principal, incide em uma lente
divergente, ele emerge divergindo os raios de luz.
Prolongando os raios divergentes, estes se interceptam no ponto F' denominado foco
virtual.
Lentes esféricas divergentes
(de bordos espessos ou côncavas)

44. Potência focal duma lente
A potência focal (P) ou vergência (V) define-se como o inverso da
distância focal da lente.
A potência focal exprime-se em dioptrias (D).
Potência focal
Lente divergente
Lente convergente
Distância focal é negativa e
Potência focal é negativa.
Potência focal é positiva. Se observarmos uma
receita de óculos
Podemos ler as medidas,
por exemplo, + 5 di ou -
5di e assim por diante.
O que significam estas
medidas?
Indicam a potência
focal duma lente
• Uma potência focal de + 5 D significa que a lente a ser
usada é uma lente convergente com uma distância focal
0,2 m ou 20 cm.
• Uma potência focal de - 5 D significa que a lente a ser
usada é uma lente divergente com uma distância focal
de 0,2 m ou 20 cm.
Distância focal
A distância focal (f) corresponde à distância entre o centro óptico da
lente (O) e o foco (F). No Sistema Internacional de Unidades, a
distância focal exprime-se em metros (m).

45. Imagens em lentes divergentes
Lentes divergentes
Natureza: virtual
Orientação: direita
Tamanho: menor do que o objecto

46. Imagens em lentes
convergentes
Natureza: virtual
Orientação: direita
Tamanho: maior do que o
objecto
Objecto situado além
da dupla distância focal
Objecto entre o foco e a
dupla distância focal
Objecto entre o
foco (F) e o vértice (V)
Natureza: real
Orientação: invertida
Tamanho: maior do que o
objecto
Natureza: real
Orientação: invertida
Tamanho: menor do que o
objecto

47. Formação das imagens
A – humor aquoso;
B – humor vítreo;
C – esclerótica;
D – córnea;
E – íris;
F – pupila;
G – cristalino;
H – retina;
I –nervo óptico.
Constituição do olho

48. Defeitos da visão
Miopia
O míope vê mal ao longe e vê bem ao perto.
Na miopia, a imagem é focada à frente da retina.

49. Defeitos da visão
Hipermetropia
O hipermetrope vê mal ao perto e vê bem ao longe.
Na hipermetropia, a imagem é focada atrás da retina.

50. Correção dos defeitos da visão
CORRECÇÃO DOS DEFEITOS DA VISÃO
Miopia Hipermetropia
A miopia é corrigida com lentes
divergentes. Os raios de luz divergem
depois de passar as lente e, assim, a
convergência feita pelo olho permite obter a
imagem exactamente sobre a retina.
A hipermetropia é corrigida com lentes
convergentes. A convergência dos raios de
luz inicia-se assim que os raios de luz
encontram a lente e, assim, a focagem é
conseguida sobre a retina.

51. Fibras Ópticas
Fibras óticas
As fibras ópticas são tubos finíssimos feitos de vidro ou de plástico, nos
quais a luz se propaga sem se transmitir para o exterior, devido ao
fenómeno da reflexão total.

52. Dispersão da luz
Dispersão da luz branca
num prisma
Quando a luz branca do Sol incide numa gota de água
(A), refrata-se e muda de direção no seu interior. A luz
branca do Sol é constituída por várias radiações, pelo
que dentro da gota de água cada radiação vai propagar-
se a uma velocidade diferente (dispersão), sofrer uma
reflexão (C) e nova refração (D).

53. Cores primárias da luz
A sobreposição de duas cores primárias da
luz origina uma cor secundária:
 vermelho + verde → amarelo;
 vermelho + azul → magenta;
 verde + azul → ciano.
Pode obter-se luz de qualquer cor a partir da sobreposição das três cores
primárias da luz – vermelho, verde e azul.
A sobreposição de luz vermelha, luz verde e luz azul de igual intensidade
origina luz branca.

54. Cor dos objectos opacos
O objetos pretos são aqueles que
absorvem todas as radiações do
espectro do visível.
O objectos brancos refletem todas as
radiações do espectro do visível.
Os objectos que apresentam outras cores absorvem selectivamente algumas
radiações, sendo as outras reflectidas.

55. Cor dos objetos opacos
A cor que um objeto apresenta é a que se
obtém quando, do espectro da luz
branca, se subtraem as radiações que
são preferencialmente absorvidas por
ele.
A cor de um objeto depende da radiação
com que é iluminado.

56. Espectro Electromagnético
Espectro
eletromagnético
Ao conjunto das várias radiações electromagnéticas chama-se
espectro electromagnético.