A FÍSICA DA COVID-19

AULA 2 - ONDAS

A COVID-19 (do inglês Coronavirus Disease 2019) é uma doença infeciosa causada pelo coronavírus da síndrome respiratória aguda grave 2 (SARS-CoV-2).

Como vimos na última aula (ORDEM DE GRANDEZA), este vírus tem em média algo em torno de 100 nanômetros de tamanho (1 nanômetro é 1 milhão de vezes menor que 1 milímetro). O que equivale a uma ordem de grandeza de 10^(-7) metros.

Para medir e caracterizar (descobrir a geometria, o formato, etc...) de algo tão pequeno é necessário uma técnica chamada de difração de raios-X.

Esta técnica foi desevovlida por Rosalind Franklin (clique aqui para saber mais sobre ela).

Mas para entendermos no que consiste essa técnica, é necessário antes entendermos a física básica das ONDAS.

Assista ao vídeo abaixo:

O que são ondas?

Ondas são perturbações que se deslocam no espaço transportando energia de um ponto a outro, sem realizar transporte de matéria. As ondas podem ser: mecânicas, eletromagnéticas ou gravitacionais.

• Ondas mecânicas: Essas ondas não se propagam no vácuo, tratam-se de perturbações que só podem propagar-se em algum meio preenchido por matéria, como água, ar, metais e etc. Exemplos: som, terremotos, ondas no mar ou em um lago, ultrassom, etc....

• Ondas eletromagnéticas: são ondas que não necessitam de um meio para se propagar. São formadas pela oscilação de campos elétricos e magnéticos. Exemplo: luz, infravermelho, ultravioleta, raios X, etc...

ONDAS NO VÁCUO

Ondas em cordas, ondas do mar e ondas sonoras são classificadas como mecânicas. Luz, raios x, micro-ondas e ondas de rádio são classificadas como eletromagnéticas.

O som não pode propagar-se no vácuo pois sendo este um espaço vazio, não há um MEIO para as ondas sonoras se propagarem. Uma explosão no espaço sideral, por exemplo, seria totalmente silenciosa.

Já as ondas eletromagnéticas são diferentes. Elas conseguem se propagar mesmo que não existam moléculas no ambiente, ou seja, mesmo sem a existência de um meio. A luz do Sol, por exemplo, atravessa aproximadamente 150 milhões de quilômetros pelo vácuo até chegar à Terra.

Vácuo barulhento dos filmes

Existem muitas produções cinematográficas que contam suas histórias em pleno espaço sideral, e é comum existirem filmes nos quais explosões, tiros e colisões ocorridos no espaço produzam sons como se estivessem acontecendo na Terra. A famosa série de filmes Guerra nas Estrelas (Star Wars) é um claro exemplo disso: a todo instante, representa sons produzidos no espaço. Isso é um erro do ponto de vista da física

Por outro lado, existem filmes que retratam muito bem a impossibilidade da propagação de ondas sonoras no espaço. Um bom exemplo disso é Gravidade (Gravity – 2013), em que a colisão de diversos objetos no espaço ocorre sem que haja a produção dos sons característicos. Outro destaque possível das cenas de Gravidade é a representação do que acontece com o som na passagem dos personagens entre ambientes despressurizados e pressurizados.

Mas independente da natureza da onda (mecânica ou eletromagnética), existem caracterísiticas que são comuns a todas elas:

Comprimento de onda

O comprimento de onda é representado pelo símbolo λ e equivale ao espaço que as ondas percorrem até que realizem uma oscilação completa. O comprimento de onda também é definido como a distância entre dois vales consecutivos, duas cristas consecutiva. No Sistema Internacional de Unidades (SI), o comprimento de ondas é uma grandeza definida em metros (m).

Frequência

A frequência da onda é dada pelo número de oscilações que ela realiza a cada segundo. Essa grandeza é medida hertz (Hz). Por exemplo: uma onda de 20 Hz realiza vinte oscilações completas a cada segundo.

Amplitude

A amplitude da onda está relacionada à sua intensidade. Por exemplo, quando o volume do som está alto, as ondas sonoras estão sendo produzidas com altas amplitudes. A amplitude é medida como a distância da posição de equilíbrio até a altura de uma crista ou de um vale. Por exemplo: quando uma gota d'água cai sobre a superfície de um lago, forma-se uma pequena onda. Os pontos dessa onda que se encontram na mesma altura que o resto do lago são posições de equilíbrio, também chamados nós.

Velocidade de propagação

A velocidade da onda depende do meio em que ela se propaga. No Sistema Internacional de Unidades, ela é medida em metros por segundo (m/s).

ALGUNS EXEPLOS DE ONDAS:

O SOM

As ondas sonoras são classificadas como ondas mecânicas e se propagam em um meio material.

Por serem ondas mecânicas, o som precisa de um meio material para se propagar, não sendo possível sua propagação no vácuo. De uma forma geral, os sólidos transmitem o som melhor que os líquidos, e estes melhor do que os gases.

Isso ocorre devido ao fato de as partículas estarem mais próximas nos sólidos do que nos líquidos e gases, permitindo que a energia da perturbação se transmita de forma mais eficaz.

Altura ou tom

A altura ou tom permite classificar os sons em graves ou agudos.

A altura do som está relacionada com a frequência das ondas sonoras. Os sons graves apresentam frequências menores do que os agudos que apresentam frequências maiores..

A frequência da onda sonora é o que diferencia uma nota musicas de outra:

Intensidade ou volume

A partir da intensidade ou volume do som, é possível diferenciar os sons fortes dos fracos. Quanto maior for a amplitude de vibração da fonte sonora, maior será a intensidade do som.

A figura acima mostra que um mesmo som, que apresenta a mesma frequência, poderá ser mais forte para amplitudes de oscilações maiores, ou mais fraco, para amplitudes de oscilações menores.

Observe a figura abaixo.

A LUZ

Luz pode ser entendida como onda eletromagnética cuja frequência é visível ao olho humano. A luz pode propagar-se no vácuo com velocidade de aproximadamente 300 mil km/s. As frequências de luz que são visíveis ao olho humano são chamadas de espectro visível, essas ondas têm comprimentos de onda entre 400 nm e 700 nm (400 a 700 nanômetros).

Assim como o que diferencia cada nota musical é a frequência da onda sonora, o que diferencia cada cor é a frequência da onda de luz.

Como vimos anteriormente, a frequência está relacionada com o comprimento de onda. Portanto ondas de diferentes frequências possuem diferentes comprimentos de onda.

Na simulação abaixo você pode brincar com a frequência e a amplitude de ondas na água, ondas de som e luz (se você estiver usando um celular, clique aqui para acessar a simulação).

Ao acessar a simulação clique em "Água". Depois escolhas "Vista lateral" no canto inferior da tela. Para começar a simulação clique no botão verde da torneira. Agora brinque com os parâmetros " Freqüência" e "amplitude". Perceba que se você aumenta a frequência da onda, o comprimento de onda diminui e se você diminui a frequência da onda o comprimento de onda aumenta.

Agora é com você.

Faça a atividade abaixo:

Sugestões, dúvidas, etc.... use o espaço abaixo:

REFERENCIAS:

https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/por-que-som-nao-se-propaga-no-espaco.htm

https://pfarma.com.br/coronavirus/5400-producao-mascaras.html

https://pt.wikipedia.org/wiki/COVID-19

https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-onda.htm

https://querobolsa.com.br/enem/fisica/ondas-sonoras

https://brasilescola.uol.com.br/fisica/luz.htm