Propriedades ópticas dos materiais

Teoria Completa

Olá, tudo bem?

Neste capitulo vamos aprender sobre as propriedades ópticas dos materiais. Voces já se perguntaram porque o vidro deixa passar toda a luz do sol?

Partiu compreender o porque isso ocorre??

As propriedades ópticas é a “reação” do material à interação com radiação eletromagnética, especialmente com a luz visível. Sabem quais tipos de radiação elétrica? Luz, calor, raios X, ondas de rádio, raios gama, radiação infravermelha e radiação ultravioleta. Cada luz apresenta uma frequência de oscilação, veremos agorinha!!

Espectro Eletromagnético

Espectro eletromagnético é uma escala de radiações eletromagnéticas. E são apresentados os 7 tipos de ondas eletromagnéticas: ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios x e raios gama.

O espectro eletromagnético mede as ondas eletromagnéticas, observem na imagem que a velocidade é mesma para todos, mas difere na frequência e no comprimento. Estes são medidos por meio das faixas do espectro, que sugerem a distribuição da intensidade do eletromagnetismo.

E sabe porque esses espectros são coloridos? Porque cada onda “fornece” uma cor e estão associadas a frequência. Notem que quanto mais próximo do rosa menores são as ondas. As ondas com baixa frequência são mais longas, e as de alta frequência são curtinhas. Exemplo: ondas de rádio ficam numa das extremidades do espectro apresentam menor frequência e maior comprimento.

Velocidade, Frequência, Comprimento de Onda

Imaginem uma corda presa em uma das extremidades e na outra você movimenta ela para cima e para baixo, isso fará com que a corda forme ondas. Notem que a sequência de ondas com períodos de repetição iguais, ou seja, produziremos uma onda periódica, conhecida também como trem de ondas, que se propaga com velocidade constante.

Notem na figura abaixo, que o ponto mais alto da corda é chamada de crista da onda e o ponto mais baixo da corda, denomina-se vale da onda. A distância entre duas cristas ou dois vales é definida como sendo o comprimento de onda (λ) .

A distância entre uma crista e um vale consecutivos de uma onda é igual a meio comprimento de onda (λ/2) e a distância entre uma crista ou um vale à posição de equilíbrio é igual a um quarto do comprimento de onda (λ/4).

E podemos calcular a velocidade da onda através da equação:

v = ( λ × f )

Onde: λ (comprimento de onda), v ( velocidade de onda em metros (m)) e f (frequência em hertz (Hz))

Fótons

Em algumas circunstâncias, a visão ondulatória da luz não é suficiente para apresentar a radiação eletromagnética. Então podemos utilizar da artimanha de ver a luz como fótons. E o que são fótons Jesus??!!

Imaginem pequenos “pacotes” que carregam a energia contida nas radiações eletromagnéticas, um fóton possui uma quantidade fixa de energia, que podemos encontra-la através da equação:

E = h v λ

Onde: λ (comprimento de onda), v ( velocidade de onda em metros (m)) e h (constante de Planck, 6,63 x 10-34 J.s.)

Tipos de Materiais

Os materiais adequados para transmitir a luz com pouca absorção e reflexão são transparentes, os que transmitem luz, de maneira difusa, dispersa no interior do material, são translúcidos e temos ainda os opacos que são fechados para a transmissão de luz visível.

Os metais são opacos e apresentam refletividade, a cor “acinzentada” é determinada pela distribuição dos comprimentos de onda da radiação refletida (e não da absorvida). Se o metal for prateado brilhante quando exposto a luz, este apresenta alta reflexão ao longo de toda a faixa do visível. Isso significa que as composições de fótons dos feixes incidente e refletido são similares. Exemplos: alumínio e prata.

O cobre e o ouro possuem aparência vermelho alaranjada e vermelho amarelada pois uma parte dos fótons com menores comprimentos de onda não é reemitida como luz visível.

Refração

A luz transmitida para dentro dos materiais transparentes sofre um decréscimo de velocidade, e, como consequência, é “inclinada” desde a interface do material. Esse fenômeno é conhecido como refração. Exemplo: observem o lápis mergulhado na água e aparenta estar quebrado

E como podemos calcular a refração?? O índice de refração n de um material é definido como sendo a razão entre a velocidade da luz no vácuo (c), e a velocidade da luz no meio (v). Ahhhh e o n depende do comprimento de onda da luz

n = c v

Reflexão

Quando a luz atravessa a interface entre dois meios com índices de refração diferentes (n1 e n2), mesmo que estes sejam transparentes, parte da luz é refletida na superfície.

R = n 2 - n 1 n 2 + n 1 ²

Expandir

Exercício Resolvido #1

Elaboração própria

Sobre refração determine a alternativa correta:

  1. Fenômeno que ocorre nas ondas eletromagnéticas que são transmitidas através de algum meio opaco.
  2. A refração da luz é verificada pelo aumento em sua velocidade de propagação.
  3. O índice de refração mede a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz em outros meios.
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Passo 1

Fenômeno que ocorre nas ondas eletromagnéticas que são transmitidas através de algum meio translúcido.

Passo 2

A refração da luz é verificada pela redução em sua velocidade de propagação.

Passo 3

Alternativa correta

Resposta

Alternativa III

Exercício Resolvido #2

Elaboração própria

A refração da luz advém quando a luz cruza algum meio refringente. Em relação a isso determine a alternativa correta:

  1. A velocidade da luz permanece constante.
  2. Não depende do comprimento de onda da luz
  3. Frequência da luz não se altera
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Passo 1

No processo de refração da luz, a sua velocidade sofre mudança

Passo 2

No processo de refração esta depende do comprimento da luz

Passo 3

Alternativa correta

Resposta

Alternativa III

Exercício Resolvido #3

Elaboração própria

A refração ao passar pelo material, a velocidade de um raio de luz é de 3,42 x 108 m/s e a velocidade da luz no meio é de 2, 1 x 108 m/s

O índice de refração desse meio é de:

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Passo 1

Primeiramente vamos determinar a fórmula do índice de refração

n = c v

Passo 2

Partiu calcular?

n = c v

n = 3 ,   42 x   10 8   m / s   2 ,   1   x   10 8   m / s = 1,62

Resposta

n= 1,62

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria

Diariamente nos expomos a diversas radiações, exames médicos, raios solares, eletroeletrônicos. Escolha a opção que oferece a radiação de maior penetração no corpo humano.

  1. Luz visível
  2. Raios gama
  3. Ultravioleta
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Passo 1

A luz visível ou espectro visível, é o conjunto de ondas eletromagnéticas que, ao entrar em nossos olhos, pode sensibilizar a retina.

Passo 2

Os raios gama oferecem frequências altas, atingindo até 1019 Hz, e comprimentos de onda da ordem de 10-11 m, sendo a radiação mais energética de todo o espectro eletromagnético.

Passo 3

Trata-se de um tipo de radiação eletromagnética com comprimento de onda de 200 a 400 nm e de frequência maior que a luz visível

Resposta

Alternativa B

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

Uma onda tem frequência de 35 Hz e se propaga com velocidade de 210 m/s. então, seu comprimento de onda vale, em metros.

  1. 4 m
  2. 0,60 m
  3. 6 m
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Passo 1

Primeiramente vamos extrair os dados do enunciado e determinar a equação a ser usada

V = 210 m/s

f = 35 Hz

V = λ.f

Passo 2

Passo 3

V = λ.f

210= λ. 35

λ= 6 m

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #6

Elaboração própria

Na figura está representada a configuração de uma onda mecânica que se propaga com velocidade de 75 m/s.

Determine a frequência da onda, em hertz:

  1. 110 Hz
  2. 1,5 Hz
  3. 150 Hz
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Passo 1

Primeiramente vamos extrair os dados do enunciado e determinar a equação a ser usada

V = 75 m/s

λ = 50 cm -> 0,5 m

V = λ.f

Passo 2

Passo 3

V = λ.f

75= 0,5. f

f= 150 Hz

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #7

https://www.passeidireto.com/arquivo/21104967/fisica-3-apostila-ondas

As antenas das emissoras de rádio emitem ondas eletromagnéticas que se propagam a uma velocidade (2 x 105 km/s) e com frequências que mudam de uma estação para a outra. A rádio FM emite uma onda de frequência 70,3 MHz, Determine o comprimento de onda:

  1. 4 m
  2. 2,84 m
  3. 6,3 m
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Passo 1

Sabendo que Mega =106, temos: f = 70,3 MHz = 70,3x 106 Hz

Passo 2

Sabendo que Kilo =103, temos:

Velocidade = 2,0x 105 km/s = 2,0x 108 m/s

Passo 3

V = λ.f

2,0x 108 = λ. 70,3x 106 

λ = 2,84 m

Resposta

Alternativa B

Exercício Resolvido #8

https://fisica-passoapasso.blogspot.com/2014/05/enem-2013-fisica_2.html

Uma manifestação da torcida feminina de futebol erguem uma bandeira fazendo um movimento tipo senoidal, como apresentado na imagem a seguir. O efeito coletivo se propaga pelo público do ginásio, constituindo em uma onda progressiva.

A velocidade de propagação dessa ''onda humana'' é de 31 km/s, e que cada período de oscilação contém 20 garotas, que se levantam e sentam organizadamente a distâncias entre si de 70 cm. Determine a frequência da onda:

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Passo 1

Conforme o enunciado, o período de oscilação tem 20 garotas, logo há 19 espaços entre elas, onde cada uma delas é de 70cm.

Assim calculamos o comprimento de onda λ da seguinte maneira:

λ = 19 x 70

λ = 1330 cm = 13,3 m

Passo 2

Sabendo que Kilo =103, temos:

Velocidade = 31 km/s = 31 x 105 m/s

Passo 3

V = λ.f

31x 105 = 13,3 x f

f= 233 kHz

Resposta

f= 233 kHz

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