Qual das afirmações a seguir NÃO é verdadeira para ondas eletromagnéticas?
São formadas por campos elétricos e magnéticos variáveis.
Têm uma velocidade de propagação no vácuo que depende da frequência?
Transportam energia.
Transportam momento.
Podem ser refletidas.

Passo 1

O enunciado pede que eu identifique qual das afirmações abaixo NÃO é verdadeira para ondas eletromagnéticas. As afirmações dadas são:
  1. São formadas por campos elétricos e magnéticos variáveis.
  2. Têm uma velocidade de propagação no vácuo que depende da frequência?
  3. Transportam energia.
  4. Transportam momento.
  5. Podem ser refletidas.
    Vou analisar cada afirmação e mostrar por que é verdadeira ou falsa, explicando a teoria necessária passo a passo.

Passo 2

Sobre a afirmação 1: “São formadas por campos elétricos e magnéticos variáveis.”
Explicação didática: uma onda eletromagnética consiste em um campo elétrico \mathbf{E} e um campo magnético \mathbf{B} que variam no espaço e no tempo. A forma mais clara de ver isso vem das equações de Maxwell no vácuo (sem cargas nem correntes). As equações relevantes são, em linguagem física simples:
\nabla\cdot\mathbf{E}=0,\qquad \nabla\cdot\mathbf{B}=0,
\nabla\times\mathbf{E}=-\frac{\partial\mathbf{B}}{\partial t},\qquad \nabla\times\mathbf{B}=\mu_0\varepsilon_0\frac{\partial\mathbf{E}}{\partial t}.
Aqui \varepsilon_0 é a permissividade do vácuo e \mu_0 é a permeabilidade do vácuo. Essas equações mostram que variações temporais de \mathbf{E} geram \nabla\times\mathbf{B} e variações temporais de \mathbf{B} geram \nabla\times\mathbf{E}: ou seja, \mathbf{E} e \mathbf{B} se sustentam mutuamente numa onda. Portanto a afirmação 1 é verdadeira.

Passo 3

Derivando a velocidade de propagação no vácuo (aulas básicas): aplicando o rotacional nas equações acima e usando identidades vetoriais, obtemos a equação de onda para \mathbf{E} (e analogamente para \mathbf{B}):
\nabla^2\mathbf{E}-\mu_0\varepsilon_0\frac{\partial^2\mathbf{E}}{\partial t^2}=0.
Essa é a equação de onda padrão cujo termo de velocidade vem do coeficiente \mu_0\varepsilon_0. A velocidade de fase (e de propagação no vácuo) obtém-se como
c=\frac{1}{\sqrt{\mu_0\varepsilon_0}}.
Aqui c é a velocidade das ondas eletromagnéticas no vácuo (a famosa velocidade da luz). Note que \mu_0 e \varepsilon_0 são constantes físicas do vácuo, independentes da frequência. Isso já indica algo importante: em vácuo c não depende da frequência.

Passo 4

Explicando por que a velocidade no vácuo não depende da frequência (conceito e exemplo): quando se fala da relação entre velocidade, comprimento de onda e frequência, usamos
v=\lambda f,
onde v é a velocidade da onda, \lambda é o comprimento de onda e f é a frequência. No vácuo, v=c é fixo; portanto se f muda (por exemplo luz vermelha versus luz azul), o comprimento de onda \lambda muda de forma que c=\lambda f continua valendo. Exemplo concreto: para luz com frequência maior (azul) \lambda é menor, para frequência menor (vermelha) \lambda é maior, mas em ambos v=c. Assim a afirmação 2 — que a velocidade no vácuo depende da frequência — é incorreta. Observação importante e de prova: em meios materiais dispersivos a velocidade depende da frequência porque a permittividade efetiva do meio varia com \omega; mas a pergunta fala explicitamente do vácuo, onde não há dispersão.

Passo 5

Sobre a afirmação 3: “Transportam energia.”
Ensino prático: sim, ondas eletromagnéticas transportam energia. A densidade de energia eletromagnética no vácuo é
u=\frac{1}{2}\left(\varepsilon_0 E^2+\frac{1}{\mu_0}B^2\right),
onde E é a magnitude do campo elétrico e B a do campo magnético. O fluxo de energia (a taxa de energia que passa por área) é dado pelo vetor de Poynting:
\mathbf{S}=\mathbf{E}\times\mathbf{H},
onde \mathbf{H}=\mathbf{B}/\mu_0. O módulo médio de \mathbf{S} dá a intensidade (potência por área) da onda. Portanto a afirmação 3 é verdadeira.

Passo 6

Sobre a afirmação 4: “Transportam momento.”
Explicação didática: energia transportada implica também transporte de momento (pense: se a onda carrega energia ela pode exercer pressão na incidência sobre uma superfície). A densidade de momento da onda está relacionada ao vetor de Poynting por
\mathbf{g}=\frac{\mathbf{S}}{c^2}.
No regime quântico, fótons têm energia E e momento p relacionados por
p=\frac{E}{c}.
Isso leva à pressão de radiação observável. Logo as ondas eletromagnéticas transportam momento — afirmação 4 é verdadeira.

Passo 7

Sobre a afirmação 5: “Podem ser refletidas.”
Explicação simples: sim, quando uma onda eletromagnética encontra uma superfície ou uma mudança de meio (por exemplo ar → metal) parte da onda é refletida. A reflexão segue a lei da reflexão (ângulo de incidência = ângulo de reflexão) e sua intensidade depende das propriedades do material (coeficientes de Fresnel). Exemplos práticos: espelhos refletem luz; ondas de rádio são refletidas por ionosfera, etc. Portanto afirmação 5 é verdadeira.

Passo 8

Conclusão objetiva (resumindo):
  • Afirmação 1: verdadeira.
  • Afirmação 2: falsa para o vácuo (a velocidade no vácuo é c=1/\sqrt{\mu_0\varepsilon_0}, independente da frequência); em meios materiais dispersivos a velocidade pode depender da frequência, mas o enunciado trata especificamente do vácuo.
  • Afirmações 3, 4 e 5: verdadeiras.
Portanto a única afirmação que NÃO é verdadeira (no contexto pedido) é a afirmação 2.

Resposta

Têm uma velocidade de propagação no vácuo que depende da frequência.

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