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AULA 3 - INTERAÇÕES ONDA-MATÉRIA
AULA 3 - INTERAÇÕES ONDA-MATÉRIA
Como vimos nas aulas anteriores, o SARS-CoV-2 tem dimensão da ordem de 100 nanômetros. Para medir e caracterizar (descobrir a geometria, o formato, etc...) de algo tão pequeno é necessário uma técnica chamada de difração de raios-X.
Como os Raios-X são ondas, estudamos na aula anterior a anatomia das ondas e suas principais características.
Se você não assistiu as aulas anteriores, clique abaixo e assista antes de continuar:
Nesta aula estudaremos:
O QUE ACONTECE QUANDO UMA ONDA ENCONTRA A MATÉRIA?
O QUE ACONTECE QUANDO UMA ONDA ENCONTRA A MATÉRIA?
Como vimos na aula passada: As ondas são movimentos causados em sistemas, que são provocados por perturbações ocorridas sobre o meio. Uma onda não carrega matéria, apenas energia.
Assista ao vídeo abaixo:
Quando uma onda atinge a matéria podem ocorrer os seguintes fenômenos:
REFLEXÃO
REFLEXÃO
Ocorrerá reflexão sempre que uma onda atingir determinada superfície e voltar a propagar-se no meio de origem. A onda refletida manterá a velocidade, frequência e comprimento de onda iguais aos da onda incidente.
Exemplos:
Quando a luz (que é uma onda eletromagnética) encontra uma superfície refletora (um espelho por exeplo) ela "bate" e volta a se propagar no mesmo meio de onde ela veio. Por isso você consegue ver sua imagem refletida no espelho.
REFRAÇÃO
REFRAÇÃO
A refração acontece quando uma onda atinge uma região que separa dois meios e a atravessa, passando a se propagar no outro meio. Desta forma, há alteração na velocidade de propagação (já que esta só depende do meio), o que gera uma alteração no comprimento de onda, mas sem que haja alteração na frequência. Isso vem acompanhado, na maioria dos casos, de uma alteração na direção de propagação da onda.
Exemplos:
A luz do Sol, por exemplo, vem da estrela através do vácuo e sofre refração ao entrar na atmosfera terrestre (a onda de luz muda de meio do vácuo para o ar da atmosfera). Ou quando um raio de luz atravessa da água para o ar ou vice e versa.
ABSORÇÃO
ABSORÇÃO
Quando a onda encontra um material ela também pode ser absorvida por este material. Isso significa que a energia que a onda carrega se transfere para o material que a absorveu. Geralmente quando um material absorve uma onda, a energia desta onda se transforma em calor (energia térmica) aquecendo o material. A onda por sua vez perde energia (sua amplitude diminui), se toda a energia da onda for absorvida, ela deixa de existir.
Exemplos:
Quando a luz do Sol bate num objeto escuro, este objeto absorve as ondas de luz e aquece.
Quando uma onda sonora bate numa parede e a pessoa do outro lado não consegue mais escutá-la. A parede absorve toda a energia da onda de forma que ela deixa de existir como onda e se transforma em calor na parede. Pode acontecer de apenas uma parte da onda ser absorvida e a outra parte ser refletida (voltar) ou refratada (atravessar a parede) neste caso a pessoa do outro lado ouvirá o som, porém com menos intensidade.
RESSONÂNCIA
RESSONÂNCIA
Os corpos físicos, devido à sua estrutura atômica ou molecular, possuem uma vibração própria graças a efeitos térmicos (lembre-se que a temperatura dos corpos é a medida da vibração das partículas destes corpos) ou outros efeitos. Quando uma vibração externa, uma onda, com frequência próxima ou igual à frequência natural de vibração deste corpo, é emitida na direção dele, o corpo absorve fortemente a energia dessa onda, aumentando a amplitude de suas vibrações. Neste caso, dizemos que o sistema está em ressonância. Quando acontece o fenômeno da ressonância, ocorre a máxima absorção da energia das ondas.
O vídeo abaixo mostra uma experiência de laboratório onde uma taça de cristal entra em ressonância com as ondas sonoras numa frequência específica:
Exemplos:
Estourar uma taça de cristal apenas com a voz ou um som emitido. Ao emitirmos um som com frequência próxima ao valor natural do cristal, ele entra em ressonância e não suporta o aumento da vibração, quebrando.
É também por isso que escutamos o som de um violão: a madeira da caixa do violão entra em ressonância graças à vibração das cordas, fazendo o ar retido dentro da caixa também vibrar, aumentando a intensidade do som.
Ao sintonizarmos uma estação de rádio a onda de rádio no ar entra em ressonância com o circuito do rádio, o mesmo acontece quando sintonizamos um canal de TV pela antena comum.
No forno microondas, as ondas eletromagnéticas geradas no forno entram em ressonância com as moléculas de água contida nos alimentos, fazendo com que estas vibrem cada vez mais rápido, esquentando assim os alimentos.
DIFRAÇÃO
DIFRAÇÃO
Quando uma onda encontra um obstáculo, este reflete parte da energia da onda, refrata outra parte e absorve outra parte. Mas, se tivermos uma porção da frente de onda desobstruída, os pontos dessa frente de onda se comportam como pequenas fontes pontuais de onda, gerando ondas do outro lado do obstáculo e que tendem a se espalhar do outro lado. Veja a figura:
É por isso que conseguimos escutar um som emitido de um lado de um muro, mesmo estando do outro lado. É claro que podemos ter uma pequena parcela de energia atravessando o muro, mas a maioria dessa energia chega até nós graças à difração.
É importante ressaltar uma coisa: a difração, assim como os outros fenômenos ondulatórios, é mais intensa quando o comprimento de onda tem valor próximo ou maior do que as dimensões dos objetos utilizados para a observação. É por isso que, no nosso dia-a-dia, dificilmente veremos o fenômeno de difração acontecer com ondas de luz, pois o comprimento médio de onda da luz é da ordem de 0,0005 mm! Não temos objetos ao nosso redor com essas dimensões.
Porém as ondas de som que tem comprimento de onda da ordem de metros sofrem refração o tempo todo.
INTERFERÊNCIA
INTERFERÊNCIA
Para finalizar esta aula estudaremos o que acontece quando duas ondas se encontram. Chamamos esse fenômeno de interferência.
Quando duas ou mais ondas chegam ao mesmo tempo a um ponto em comum de um meio, ocorre o fenômeno da interferência, ou seja, as ondas se "misturam" naquele ponto, originando um efeito que é o resultado da soma das amplitudes de todas as perturbações no local de superposição.
Se estas ondas se encontrarem com a mesma fase, isso significa, se estas ondas se encontrarem "crista com crista", ocorre a interferência construtiva, que é a amplificação da amplitude desta onda:
Se as onda se encontrarem com fases diferentes, ou seja, a "crista" de uma onda e o "vale" da outra onda, ocorrerá a interferência destrutiva que a anulação da onda naquele ponto:
AGORA É COM VOCÊ:
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