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Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Som e Luz Unidade 1 – Produção e transmissão de som Unidade 2 – Propriedades e aplicações da luz.

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1 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Som e Luz Unidade 1 – Produção e transmissão de som Unidade 2 – Propriedades e aplicações da luz

2 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Som e Luz Espectáculo de raios laser Concerto musical Trovoada

3 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Ondas mecânicas e electromagnéticas Ondas mecânicas Ondas electromagnéticas 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Transmissão de sinais Toda a comunicação de informação envolve a transmissão e uso de sinais. EmissãoPropagaçãoRecepção Vibração de um objecto Onda de som (mecânica) Ouvido (membrana) Som Luz Oscilações de cargas eléctricas Onda de luz (electromagnética) Olho (retina)

7 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Características das ondas Meio material Velocidade (m/s) ar (0 ºC ; 1 atm)331 Hidrogénio (0 ºC ; 1 atm)1284 água (20ºC)1482 granito6000 alumínio6420 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Características das ondas 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Produção e transmissão de som Unidade 1

12 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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 ondaPropriedade do som FrequênciaAltura

15 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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/m 2 ) Intensidade auditiva – Sensação sonora detectada pelo ouvido humano (sons fracos / sons fortes) Sons fracos (pequena amplitude) Sons fortes (grande amplitude) Característica da ondaPropriedade do som AmplitudeIntensidade

16 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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 EcoReverberação

18 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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. m

19 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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. Refracção do som Refracção 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Difracção do som Difracção 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria A unidade de medida é o decibel (dB) A unidade de medida é o watt/m 2 Intensidade do som e nível de intensidade sonora 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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). Espectrosonoro distribuição, no domínio das frequências, do conjunto de todas as ondas que formam um som.

25 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Propriedades e aplicações da luz Unidade 2

29 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Sinais luminosos Fontes luminosas NaturaisArtificiais 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 Corposiluminados Todos os corpos que não possuem luz própria Corposluminosos Todos os corpos que produzem ou têm luz própria

30 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Espectro electromagnético Espectro de radiação electromagnética Conjunto de todas as radiações Espectro de luz visível Conjunto das radiações visíveis (perceptíveis pelo olho humano)

31 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria modelo físico que representa o mecanismo de visão 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 3x10 8 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. Fonte Corpo Receptor Triângulo de visão Representação da propagação em linha recta Raio luminoso Feixe luminoso (conjunto de raios luminosos)

32 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Propriedades da luz Os feixes luminosos podem apresentar trajectórias diferentes Feixedivergente quando os raios de luz se afastam em todas as direcções. Feixeconvergente quando os raios de luz se aproximam de um ponto. Feixeparalelo quando os raios de luz se propagam paralelamente sem se cruzarem.

33 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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) Espelhosplanos 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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 Reflexão da luz Espelhos PlanosEsféricos CôncavosConvexos

37 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Imagens em espelhos convexos Espelhos convexos Natureza: virtual Orientação: direita Tamanho: menor do que o do objecto

38 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Refracção da luz 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 10 8 m/s); v é a velocidade da luz no meio;

40 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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)

41 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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.

42 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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)

43 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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 duma lente 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).

44 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Imagens em lentes divergentes Lentes divergentes Natureza: virtual Orientação: direita Tamanho: menor do que o objecto

45 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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

46 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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

47 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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.

48 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Defeitos da visão Hipermetropia O hipermetrope vê mal ao perto e vê bem ao longe. Na hipermetropia, a imagem é focada atrás da retina.

49 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Correcção dos defeitos da visão CORRECÇÃO DOS DEFEITOS DA VISÃO MiopiaHipermetropia 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.

50 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Fibras Ópticas Fibras ópticas 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.

51 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Dispersão da luz Dispersão da luz branca num prisma Quando a luz branca do Sol incide numa gota de água (A), refracta-se e muda de direcção 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 refracção (D).

52 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria 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.

53 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Cor dos objectos opacos O objectos pretos são aqueles que absorvem todas as radiações do espectro do visível. O objectos brancos reflectem todas as radiações do espectro do visível. Os objectos que apresentam outras cores absorvem selectivamente algumas radiações, sendo as outras reflectidas.

54 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Cor dos objectos opacos A cor que um objecto 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 objecto depende da radiação com que é iluminado.

55 Ciências Fisico-Químicas 8.º ano Universo da Matéria Espectro electromagnético Espectroelectromagnético Ao conjunto das várias radiações electromagnéticas chama-se espectro electromagnético.


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