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Vídeoaula:

Difração: https://youtu.be/ANdYomBQL8U

Polarização: https://www.youtube.com/watch?v=sGmn9BY0l-w

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Software interativo:

Difração:

PhET: Por meio desse simulador é possível observar o comportamento da difração de ondas ao passarem por diferentes fendas ou barreiras, podendo ajustar o tamanho das fendas e a frequência das ondas em tempo real. Link para acesso: https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-interference/latest/wave-interference_all.html?locale=pt_BR

GeoGebra: Por meio desse simulador é possível observar o comportamento da difração de fenda dupla. Link para acesso: https://www.geogebra.org/m/dfcurpyq

Polarização:

GeoGebra: Por meio desse simulador é possível observar as ondas longitudinais, polarização elíptica da luz, polarização circular e a polarização linear. Link para acesso: https://www.geogebra.org/m/uczkwrsj#chapter/895685

Laboratório Virtual Física UFC: Esta simulação permite estudar a atividade óptica de uma substância em função do comprimento de onda (da cor) da luz utilizada, da concentração da solução e do comprimento que a luz percorre dentro da solução. Link para acesso: https://www.laboratoriovirtual.fisica.ufc.br/polarizacao

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Aplicação:

Difração:

Uma aplicação da difração sonora é quando estamos ouvindo uma música sendo tocada do outro lado de um muro. A maior ou menor capacidade que uma onda tem de sofrer difração está relacionada ao tamanho do obstáculo a ser contornado ou à largura da passagem a ser transposta e o seu comprimento de onda.

Quando fechamos os olhos levemente e olhamos para uma fonte de luz, muitas vezes vemos pequenos raios ou padrões em volta da luz. Isso ocorre devido à difração da luz nos cílios e na superfície do olho.

Na cristalografia de raios-X, a difração é usada para revelar a estrutura molecular de cristais e moléculas complexas (como proteínas e DNA). Raios-X interagem com os átomos em um cristal e se difratam, criando um padrão que permite mapear a estrutura interna.

Polarização:

Monitores de LCD utilizam filtros polarizadores para controlar a luz que passa pelos cristais líquidos e formam a imagem visível na tela.

Fotógrafos utilizam filtros polarizadores em suas câmeras para reduzir o brilho e melhorar a saturação das cores, especialmente em dias ensolarados, e para reduzir os reflexos em superfícies como vidro e água.

Em algumas técnicas de microscopia, a polarização ajuda a observar detalhes em materiais anisotrópicos (que têm diferentes propriedades em diferentes direções) para identificar estruturas cristalinas e outros detalhes que não seriam visíveis de outra forma.

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Curiosidades:

Difração:

A principal diferença entre difração e refração é que a difração é o fenômeno em que as ondas contornam obstáculos, enquanto a refração é o fenômeno em que a onda muda de meio e altera a sua velocidade de propagação.

Polarização:

O engenheiro francês Étienne Louis Malus foi o primeiro a usar o termo polarização, em 1808.

A polarização é um processo de "filtragem" de ondas, que são selecionadas de acordo com a direção de vibração.

Muitos animais, como insetos, polvos, lulas, chocos e louva-a-deus, são capazes de perceber o efeito de polarização da luz.

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Exemplos:

Difração:

Uma demonstração muito simples de difração de ondas pode ser realizada segurando a mão na frente de uma fonte de luz e fechando lentamente dois dedos enquanto observa a luz transmitida entre eles. À medida que os dedos se aproximam e se unem, você começa a ver uma série de linhas escuras paralelas aos dedos. As linhas paralelas são, na verdade, padrões de difração. Esse fenômeno também pode ocorrer quando a luz é “curvada” ao redor de partículas que estão na mesma ordem de grandeza do comprimento de onda da luz. Um bom exemplo disso é a difração da luz do sol pelas nuvens que muitas vezes chamamos de halo prateado com um belo pôr do sol sobre o oceano.

Muitas vezes podemos observar tons pastéis de azul, rosa, roxo e verde em nuvens que são geradas quando a luz é difratada de gotículas de água nas nuvens. A quantidade de difração depende do comprimento de onda da luz, com comprimentos de onda mais curtos sendo difratados em um ângulo maior do que os mais longos (de fato, a luz azul e violeta são difratadas em um ângulo mais alto do que a luz vermelha). À medida que uma onda de luz viajando pela atmosfera encontra uma gota de água, ela é primeiro refratada na interface água-ar, depois é refletida quando encontra novamente a interface. O feixe, ainda viajando dentro da gota de água, é novamente refratado ao atingir a interface pela terceira vez. Esta última interação com a interface refrata a luz de volta para a atmosfera, mas também difrata uma parte da luz. Este elemento de difração leva a um fenômeno conhecido como halo de Cellini (também conhecido como efeito Heiligenschein), onde um anel de luz brilhante envolve a sombra da cabeça do observador.

Polarização:

Um exemplo clássico de ondas transversais que passam pelo fenômeno da polarização são as ondas luminosas. Cabe ressaltar que a luz polarizada difere de uma luz normal, pois não atende todas as direções, enquanto uma luz normal se propaga em todos os planos possíveis.

A luz solar não sofre o fenômeno da polarização, uma vez que o Sol emite a luz em diversas direções.

Os óculos solares diminuem a quantidade de radiação eletromagnética que chega aos olhos por meio do efeito de polarização.

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Definição:

Difração: A difração é um fenômeno que ocorre quando uma onda se encontra com um obstáculo ou um orifício, ou seja, desvio da propagação retilínea da luz. Trata-se de um efetio característico de fenômenos ondulatórios, que ocorre sempre que parte de uma frente de onda (sonora, de matéria, ou eletromagética) é obstruída.

Difração por uma fenda: Quando a luz atravessa uma única fenda, temos a formação de uma imagem com diversos pontos de luz e pontos com ausência de luz, os quais podem ser chamados, respectivamente, de franjas claras ou máximos e franjas escuras ou mínimos, devido à relação entre o comprimento de onda incidido e a largura da fenda.

Difração por duas fendas: A difração em fenda dupla foi um experimento desenvolvido por Thomas Young (1773-1829), em que constam o fenômeno da difração e o fenômeno da interferência entre os feixes de luz atravessados por cada uma das fendas. Assim, a imagem formada no anteparo é uma figura de difração sobre as franjas de interferência construtiva (regiões iluminadas) e destrutiva (regiões escuras).

De acordo com o espaçamento entre os orifícios e fendas, teremos maior ou menor distância entre os máximos e os mínimos de luz, ou seja, se tivermos uma fenda extremamente fina, os máximos e mínimos serão mais espaçados.

Polarização: A polarização é uma característica das ondas eletromagnéticas, como a luz, em que a direção das oscilações do campo elétrico e magnético é orientada de uma maneira específica. Em uma onda não polarizada, as oscilações ocorrem em várias direções perpendiculares à direção de propagação da onda. Quando uma onda está polarizada, essas oscilações são limitadas a uma única direção ou plano.

Polarização linear: Neste caso, as oscilações do campo elétrico acontecem em uma única direção fixa, como em uma linha reta. Por exemplo, ao passar luz por um filtro polarizador linear (como os usados em óculos de sol polarizados), o filtro permite que apenas a luz com uma orientação específica passe, bloqueando outras direções.

Polarização circular: Em uma onda de luz polarizada circularmente, a direção do campo elétrico gira em forma de hélice ao longo do eixo de propagação, formando um movimento circular conforme a onda avança. Esse tipo de polarização é mais complexo e comum em certos tipos de comunicação, como sinais de rádio e micro-ondas.

Polarização Elíptica: Aqui, o campo elétrico da onda gira em forma de elipse ao longo do eixo de propagação. Este tipo de polarização é uma combinação da polarização linear e circular e ocorre em diversas aplicações, como antenas de satélite.

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Existem diversos tipos de ressonância: mecânica, sonora, elétrica, magnética, óptica.

Confira alguns exemplos:

Ressonância mecânica: aplicação de forças em um balanço oscilatório, fazendo-o oscilar com amplitudes cada vez maiores.

Ressonância sonora: produção de harmônicos por instrumentos musicais.

Ressonância elétrica: circuitos elétricos usados em televisões, rádios e celulares utilizam capacitores e indutores que podem ser ajustados para entrar em ressonância com as frequências das ondas de rádio. Dessa forma, é possível captar e aumentar a amplitude dessas ondas, reproduzindo as informações contidas nelas.

Ressonância magnética: esse tipo de ressonância surge quando se aplica um campo magnético estático e de alta intensidade aos núcleos atômicos. Em seguida, um campo magnético oscilatório faz com que os campos magnéticos dos prótons entrem em ressonância, emitindo uma radiação capaz de produzir imagens nítidas de diferentes tipos de tecidos.

Ressonância óptica: surge em cavidades refletoras e pode ser utilizada para aumentar a amplitude da luz, produzindo feixes luminosos de alta intensidade, como o laser."

Veja mais sobre "Ressonância" em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/ressonancia.htm

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Utilize o QR code acima para acessar simulador interativo que pode auxiliar no estudo da reflexão e refração das ondas. Ele mostra a relação entre os ângulos de reflexão e refração, bem como as intensidades dos raios de luz após sofrerem esses fenômenos.

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O fenômeno da ressonância é facilmente demonstrado ao colocarmos dois diapasões idênticos no ar, quando um é posto a vibrar, naturalmente o outro poderá ser ouvido, pois iniciará uma vibração.

Conta a lenda que um regimento de Napoleão entrou marchando em uma ponte e a freqüência do compasso da marcha, por azar, coincidiu com a freqüência natural de vibração da ponte. Deu-se a ressonância, a ponte passou a oscilar com grande amplitude e desabou. A partir desse desastre os soldados passaram a quebrar o passo sempre que atravessam alguma ponte.

Esse caso pode ser só lenda, mas, uma ponte nos Estados Unidos desabou quando entrou em ressonância com o vento. A ponte sobre o Estreito de Tacoma, logo após ser liberada ao tráfego, começou a balançar sempre que o vento soprava um pouco mais forte. No dia 7 de Novembro de 1940 aconteceu a ressonância. Inicialmente, a ponte começou a vibrar em modos longitudinais, isto é, ao longo de seu comprimento. Até aí, tudo bem. Mas, logo apareceram os chamados “modos torsionais”, nos quais a ponte balançava para os lados, se torcendo toda. Na ressonância, a amplitude desses modos torsionais aumentou de tal forma que a ponte desabou.

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Tacoma Narrows Bridge Collapse "Gallopin' Gertie"

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 Vibração do diapasão sendo amplificada por outro diapasão, o que é capaz de mover a bola.

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Ressonância

A ressonância ocorre quando uma onda externa tem a mesma vibração que a vibração de algum outro corpo. Nessa situação a vibração externa é absorvida pela interna e, assim, a vibração natural é ampliada.

Referência: OLIVEIRA, G. Fenômenos ondulatórios. Mundo Educação. 2024. Disponível em: https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/fenomenos-ondulatorios.htm#:~:text=A%20resson%C3%A2ncia%20ocorre%20quando%20uma,a%20vibra%C3%A7%C3%A3o%20natural%20%C3%A9%20ampliada. Acesso em 01 de out. de 2024.

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Diagrama representando a inversão de fase de uma onda produzida numa corda após sua reflexão.

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Marque a alternativa correta a respeito do fenômeno da interferência.

a) O fenômeno da interferência só ocorre com ondas unidimensionais.

b) Na interferência construtiva, as ondas encontram-se com fases invertidas.

c) Na interferência destrutiva, as ondas encontram-se com fases iguais.

d) Quando duas ondas de mesma amplitude sofrem interferência destrutiva, ocorre aniquilação.

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O índice de refração absoluto é uma grandeza adimensional, isto é, uma grandeza que não tem unidade de medida, calculada pela razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz naquele meio.

n – índice de refração

c – velocidade da luz no vácuo (c ≈ 3,0.108 m/s)

v - velocidade da luz no meio (m/s)

Quanto maior é o índice de refração de um meio, menor é a velocidade em que a luz se propaga em seu interior. Uma vez que não existe qualquer meio óptico em que a luz se propague mais rapidamente que no vácuo, o índice de refração absoluto é sempre maior ou igual a 1.

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"Quando dois pequenos objetos, como duas pequenas pedras, por exemplo, batem sobre a superfície de um líquido como um rio, ondas circulares propagam-se sobre essa superfície. Supondo que essas ondas formadas possuam mesma frequência, mesmo comprimento de onda e que as fontes possuam diferença de fase constante, em um dado instante, há a interceptação dos pulsos das ondas, ocorrendo, dessa forma, a interferência, que é o fenômeno que representa a superposição de duas ou mais ondas em um mesmo ponto. Isso acontece de acordo com o princípio da superposição de ondas e pode ser classificado em interferência construtiva e interferência destrutiva."

Veja mais sobre "Fenômeno da interferência" em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/o-fenomeno-interferencia.htm

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A refração ocorre quando a luz atravessa a interface entre dois meios ópticos e transparentes, como ar e água. Quando isso acontece, a velocidade de propagação da luz muda, uma vez que essa velocidade depende de uma característica de cada meio óptico chamada de índice de refração absoluto.

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"A interferência também ocorre nas bolhas de sabão: o feixe luminoso, ao incidir na bolha, sofre esse fenômeno tanto na superfície superior quanto na inferior. Em virtude disso, surgem regiões escuras que são as zonas de interferência destrutiva e as regiões claras que correspondem às zonas de interferência construtiva."

Referência: SANTOS, Marco Aurélio da Silva. "Fenômeno da interferência"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/o-fenomeno-interferencia.htm. Acesso em 01 de outubro de 2024.

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Fenômenos ondulatórios

As ondas representam movimentos gerados em sistemas, desencadeados por perturbações que ocorrem sobre o meio. Uma onda não pode transportar matéria, mas sim energia.

Qualquer que seja o tipo de onda, ela está sujeita aos fenômenos da reflexão e refração.

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.

Refração: Ocorre refração quando a onda muda seu meio de propagação. A luz do sol por exemplo, vem da estrela através do vácuo e sofre refração ao entrar na atmosfera terrestre. Na refração, a velocidade de propagação da onda será alterada, pois a mudança de meio gera mudança no comprimento de onda. A frequência das ondas, por depender da fonte geradora, não é alterada na refração.

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Interferência construtiva e interferência destrutiva em ondas.

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Interferência

A interferência é um fenômeno típico dos movimentos ondulatórios, ou seja, pode-se obter a interferência com duas ou mais fontes luminosas ou fontes sonoras, como o alto-falante e ocorre quando a onda esbarra em outra onda.

Há dois tipos de interferências: construtiva e destrutiva.

Na interferência construtiva, ondas com a mesma fase se combinam, formando uma onda de maior amplitude.

Na interferência destrutiva, ondas com fases diferentes e frequências próximas se subtraem, anulando-se.

Referência: OLIVEIRA, G. Fenômenos ondulatórios. Mundo Educação. 2024. Disponível em: https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/fenomenos-ondulatorios.htm#:~:text=A%20resson%C3%A2ncia%20ocorre%20quando%20uma,a%20vibra%C3%A7%C3%A3o%20natural%20%C3%A9%20ampliada. Acesso em 01 de out. de 2024.