Ondas Eletromagnéticas: Luz e Cores

1) A luz necessita de um meio material para de propagar?

Necessariamente a luz não precisa de meio material para se propagar, por isso, ela é considerada uma onda eletromagnética. É chamada desse jeito porque ela se origina de oscilações eletromagnéticas, isto é, transporta energia por cargas elétricas oscilantes. O que os nossos olhos chamam de luz é uma radiação da estreita faixa do espectro das ondas eletromagnéticas.

 

2) O que difere a luz de outras ondas eletromagnéticas, como a radiação ou ondas de rádio?

O que distingue as várias radiações eletromagnéticas do espectro são as relações dos efeitos que causam em diferentes materiais ou nos seres vivos e as relações com suas fontes.  Além disso, pode-se perceber que as ondas eletromagnéticas se diferenciam umas das outras por causa das frequências, dos comprimentos de ondas, das velocidades de propagação, que são algumas das propriedades das ondas.

 

3) O que pode-se dizer da velocidade das ondas luminosas?

Com relação à velocidade das ondas, hoje sabemos que o som no vácuo pode chegar à velocidade de 340 m/s, enquanto que a luz pode chegar a 300.000 km/s. Já na água, a velocidade do som aumenta bastante, podendo chegar a 1.400 m/s, enquanto que na luz, o valor diminui, podendo chegar a 225.000 km/s.

 

4) Qual a principal consequência das diferentes frequências e comprimentos das ondas luminosas?

No século XVII, o cientista Isaac Newton estudou o comportamento da luz solar que passava pela fresta da janela do seu quarto escuro e passava por um prisma. Ele percebeu que a luz branca era decomposta em várias cores (violeta, anil, azul, verde, amarelo, laranja e vermelho). Esse fenômeno ficou conhecido como a dispersão ou decomposição da luz. Newton chamou a combinação de cores de espectro.

 

5) Como a teoria ondulatória explica o surgimento das cores na dispersão da luz branca no prisma?

A teoria ondulatória admite que as diferentes cores são constituídas por ondas que possuem, para um mesmo meio, comprimento de onda e frequência diferentes.

 

6) O que Newton pôde verificar sobre o por que a luz branca gera diversas cores na sua dispersão?

Newton ainda percebeu que ao colocar outro prisma na frente do espectro de cores, o feixe de luz branca surgia novamente. Assim, contrariando as ideias da época, de que o surgimento das cores ocorria devido a impurezas e irregularidades do prisma, Newton concluiu que a luz branca era policromática, isto é, formada por várias luzes de cores diferentes. Hoje, já se sabe que essa dispersão de cores ocorre porque a luz passa por um fenômeno chamado de refração.

 

7) O que é o fenômeno da refração da luz?

Ao atravessar um meio diferente do ar, cada componente da luz branca muda a sua direção e velocidade de propagação, porque a luz branca é formada por luzes de frequências diferentes.

 

8) Como é notado em diferentes tipos de cores o fenômeno da refração?

Newton ainda verificou que cada cor que compunha a luz branca era uma luz pura, que ele chamou de monocromática e que ao atravessar um outro prima continuava da mesma cor, sofrendo apenas um desvio maior devido as refrações. A luz vermelha é a que sofre menor refração, porque ela tem a menor frequência do espectro de cores. Por outro lado, a luz violeta sofre maior refração.

 

9) Quando enxerga-se um objeto com uma determinada cor, que fenômeno físico está ocorrendo?

Assim, resumindo a história, Newton concluiu que a cor não é uma característica própria do objeto, mas que ela depende também da luz que incide nos objetos. Um objeto tem cor azul se uma luz branca ou azul incide nele. Isso acontece porque o objeto absorve as demais cores do espectro e reflete apenas a cor azul até os nossos olhos.

 

10) E se uma luz de outra cor incidir sobre o objeto?

Uma luz vermelha, por exemplo? Bom, o objeto aparentará aos nossos olhos, uma cor bem escura, quase preta. Isso acontece por que nesse caso todas as cores do espectro foram absorvidas pelo objeto e nenhuma refletida!

Uma pessoa está num quarto iluminado por uma luz verde monocromática. Ela veste uma blusa branca, uma calça azul e sapatos vermelhos.

Quando incidir a luz da cor verde nas vestes, temos:

a) verde reflete no branco então veremos a blusa verde.

b) verde só reflete no verde ou no branco, porém com o azul veremos a calça preta.

c) verde no vermelho, como vermelho só reflete nele e no branco, então veremos os sapatos pretos.

 

11) Se as cores estão relacionadas às frequências, será que existe alguma relação entre as cores e a velocidade de propagação das componentes da luz branca?

A resposta é sim! No vácuo, todas as luzes têm a mesma velocidade. Assim a luz anil tem a mesma velocidade que a luz verde. Lembrando que a luz é uma onda eletromagnética, ambas tem o valor de 300.000 km/s ou 3 x 10⁸  m/s, no vácuo, porém ao se propagar em outro meio material, como a água, cada componente do espectro da luz visível terá uma velocidade diferente da outra.

 

12) O que podemos dizer dos comprimentos de onda de nas cores?

Também podemos nos referir ao comprimento de onda das luzes do espectro de cores.

Veja esse exemplo que aplicação:

Suponha que uma luz azul esverdeada de frequência f = 6 x 10¹⁴  Hz se propagando no vácuo. Como calcular o comprimento de onda da luz?

v = λ ∙ f

λ = v / f

λ = (3 x 10⁸) / (6 x 10¹⁴)

λ = (3 x 10⁸) / (6 x 10¹⁴)

λ = 0,5 x 10–6

 λ = 5 x 10–1 x 10–6

 λ = 5 x 10–7 metros

 λ = 5 x 102 x 10–9 metros

 λ = 500 x 10–9 metros

 λ = 500 nanômetros.

 

13) Atualmente, como a Física explica o arco-íris?

A formação do arco-íris é explicada pela refração da luz ao passar do ar para a água e da água para o ar, pela reflexão total no interior das gotas d’água presentes na atmosfera e pelo fenômeno da dispersão da luz, responsável pela decomposição nas várias cores que a constituem. A cor mais desviada na separação da luz numa gota d’água é a violeta e a menos desviada é a vermelha.

 

14) Por que ao amanhecer e ao entardecer, o Sol apresenta uma cor mais avermelhada ao meio-dia?

Ao meio dia pouca luz azul é dispersada para o céu, já ao amanhecer e ao entardecer muita luz azul é dispersada para o céu. Dessa maneira, o Sol apresenta uma cor mais avermelhada nestes momentos.

Esse fenômeno é chamado de espalhamento da luz, em que a luz incidente sobre uma partícula é reemitida em outras direções, mas com a mesma frequência.

Entretanto, existe o fenômeno de espalhamento seletivo. Nesse fenômeno as partículas espalham, de maneira mais eficiente, determinadas frequências de luz. No caso das partículas atmosféricas, estas são altamente eficientes em espalhar as frequências referentes às cores azul e violeta. É por esse motivo que o nosso “céu é azul”.

Atividades:

1) Abaixo, indique a única afirmativa FALSA: 

        (A) A luz branca é um elemento monocromático, não podendo ser decomposto em outras cores.

        (B) A teoria ondulatória afirma que cada uma das cores do espectro eletromagnético é caracterizada por um comprimento de onda diferente.

        (C) Se num mesmo ambiente, o comprimento de onda da cor amarela é maior que da cor azul, então a frequência da cor azul é maior que a frequência da cor amarela.

        (D) A dispersão dos raios de luz branca é responsável pelo espectro de luzes coloridas que aparece, por exemplo, pela passagem dessa luz por gotículas de água ou por um prisma e cristal trigonal.

2) A dispersão da luz branca ocorre quando:

        (A) a luz muda de velocidade ao passar de um meio para outro com índices de refração diferentes.

        (B) a luz branca é separada em várias cores ao passar de um meio para outro com diferentes densidades.

        (C) a luz branca é capaz de contornar um obstáculo.

        (D) a luz branca incide sobre uma superfície e retorna ao seu meio de origem.

 

3) Rafael e Joana observam que, após atravessar um aquário cheio de água, um feixe de luz do Sol se decompõe em várias cores, que são vistas num anteparo

que intercepta o feixe. Tentando explicar esse fenômeno, cada um deles faz uma afirmativa:

• Rafael: Isso acontece porque, ao atravessar o aquário, a frequência da luz é alterada.

• Joana: Isso acontece porque, na água, a velocidade da luz depende da frequência.

Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que:

        (A) ambas as afirmativas estão certas.

        (B) apenas a afirmativa de Rafael está certa.

        (C) ambas as afirmativas estão erradas.

        (D) apenas a afirmativa de Joana está certa.

4) Um feixe de luz policromática é decomposto ao atravessar um prisma porque:

        (A) o comprimento de onda da radiação eletromagnética é muito pequeno.

        (B) a luz incidente sofre refração no material e se dispersa em várias cores monocromáticas com diferentes ângulos de refração.

        (C) o prisma é feito de um vidro especial.

        (D) o índice de refração depende do ângulo de incidência da luz.

5) De acordo com os conceitos estudados sobre cor da luz, podemos afirmar que uma luz monocromática é composta por:

        (A) todas as cores do espectro solar.
        (B) uma infinidade de cores.
        (C) duas cores, vermelho e violeta.
        (D) apenas uma única cor.

6) A respeito das cores dos objetos, marque a alternativa correta:

        (A) A cor é uma característica própria de cada objeto.

        (B) A cor não é uma característica própria de cada objeto, pois depende da luz que o ilumina.

        (C) Um objeto de cor amarela sob luz policromática é visto com a mesma cor sob luz monocromática verde.

        (D) Como reflete todas as cores, o corpo negro não tem condição de apresentar coloração, sendo visto, portanto, como preto.

7) (ENEM 2009-adaptado) Quando um objeto é iluminado, ele absorve algumas cores do espectro da luz incidente e reflete outras. A cor com que o objeto é visto será determinada pelas cores que ele reflete. Baseado no que foi exposto, indique  a única afirmativa  FALSA:

        (A) Um objeto branco, iluminado com luz verde, reflete a cor azul.

        (B) Um objeto vermelho, iluminado com luz branca, reflete a cor vermelha.

        (C) Um objeto preto é aquele que absorve todas as cores.

        (D) Um objeto de vidro transparente azul tem essa cor porque reflete a cor azul.

8) As folhas de uma árvore, quando iluminadas pela luz do Sol, mostram-se verdes porque:

(A) refletem difusamente a luz verde do espectro solar.

(B) absorvem somente a luz verde do espectro solar.

(C) refletem difusamente todas as cores do espectro solar, exceto o verde.

(D) difratam unicamente a luz verde do espectro solar.

9) Uma pessoa está num quarto iluminado por uma luz azul monocromática. Ela veste uma blusa branca, uma calça azul e sapatos vermelhos. As cores das roupas e sapatos, vistos de dentro da sala, serão:

        (A) Blusa azul, calça azul e sapatos azuis.

        (B) Blusa azul, calça azul e sapatos pretos.

        (C) Blusa branca, calça preta e sapatos pretos.

        (D) Blusa branca, calça preta e sapatos azuis.

10) A partir do século XIII, iniciando com o pensador Robert Grosseteste, os estudos em óptica avançaram sistemática e positivamente, dando origem às explicações científicas a respeito das produções de fenômenos e imagens, como é o caso dos estudos sobre o arco-íris e as lentes.

Sobre o fenômeno de formação do arco-íris, é correto afirmar:

        (A) O arco-íris primário é causado por uma refração e uma reflexão dos raios de Sol nas gotas de chuva.

        (B) O arco-íris aparece quando os raios de luz branca incidem em gotículas de água presentes no ar e pode ocorrer naturalmente ou ser produzido artificialmente.

        (C) O arco-íris é decorrente do processo de difração da luz branca nas gotas de chuva.

        (D) O arco-íris é decorrente de uma interferência construtiva da luz branca nas gotas de chuva.

11) Uma luz vermelha, de frequência f = 4 x 10¹⁴ Hz propaga-se no vácuo. Qual é o seu comprimento de onda?

Pesquisa Google:

1) O que é halo solar?

2) O que é miragem?

3) O que é aurora boreal?

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