O OUVIDO HUMANO

 A maior parte do aparelho auditivo está localizada no interior da cabeça.

            As ondas sonoras, ao atingirem a orelho, são dirigidas para  o interior do canal auditivo , na extremidade do  qual existe uma membrana , semelhante á pele de um

tambor, denominada tímpano. O tímpano é tão delicado e sensível que variações de pressão muito pequenas da anda sonora são suficientes para colocá-lo em vibrações.

            Essas vibrações são comunicadas a um pequeno osso chamado martelo que, por sua vez aciona outro osso ( a bigorna), o qual, finalmente, faz vibrar um terceiro osso, denominado estribo. Com esse processo, as vibrações são sucessivamente ampliadas, tornando nosso ouvido capaz de perceber sons de intensidade muito baixa.

            Finalmente, as vibrações amplificadas chegam ao ouvido terno, que tem a forma de um caracol. A cóclea é revestida por pêlos muito pequenos e em seu interior, existe um líquido que facilita a propagação do som. As ondas sonoras na cóclea colocam pequenos pêlos em vibrações, estimulado células nervosas que, por meio do nervo auditivo, envia os sinais ao cérebro Dessa maneira, a pessoa tem a percepção do som.

Nível de intensidade sonora

            A intensidade do som está relacionada com  a energia que é transportada pela onda sonora. Quantitativamente define-se intensidade I de uma onda da seguinte maneira:

            Seja  ΔE a energia que esta onda transporta através de uma área A, e u intervalo de tempo Δt. Tem-se , por definição

                                    I = ΔE/ A. Δt.

            No Sistema  Internacional , a unidade para a medida de I será:

                                               1.J/m².s = Js/m² = 1W/m²

            Existe um valor mínimo da intensidade sonora capaz de sensibilizar o aparelho auditivo, Este valor mínino depende da freqüência do som, variando também de uma pessoa para outra. Para uma freqüência  aproximada de 1 000 hertz e para u ouvido normal,  este limite mínimo é cerca de 10^-12 W/m². Para você perceber que este valor PE muito pequeno, informamos que esta intensidade corresponde a uma amplitude de vibração de 10^-9 c

(menor do que o raio de um átomo). Vemos, então que nossos ouvidos é um detector extraordinariamente sensível, capaz de perceber um deslocamento desta ordem de grandeza.

            Por outro lado, ondas sonoras cujas intensidades possuem valores próximos de 1W/m2 podem chegar a causar dores e danos ao ouvido. Esta intensidade corresponde a uma amplitude de vibração da ordem de 0,01 mm.

            O valor 10^-12 W/m² é usualmente representado por I₀ e tomado como referência para comparações das intensidades dos diversos sons, coo veremos a seguir ( I₀ = 10^-12 W/m²).

            Pesquisadores que estudaram os fenômenos relacionados com a intensidade do som perceberam que a “sensação” produzida em nosso ouvido, pelo som de uma intensidade  I  não  varia proporcionalmente a esta intensidade. Por exemplo, e só de intensidade  I₂= 2l₁  não produz em nosso ouvido, uma “sensação” duas vezes mais intensa do que aquela produzida pó I1. Na realidade, os cientistas verificaram qu esta sensação varia co o logaritmo  da intensidade sonora.

            Por essa razão, para medir esta característica do nosso ouvido, foi definida uma grandeza , β , denominada nível de intensidade , da seguinte maneira

                                                                         β= log I/I₀

onde I é a intensidade da onda sonora é  I₀ =10^-12 W/m² .

            A unidade para medida dessa grandeza foi denominada 1 bel = 1B ( como vimos, e homenagem a Graham Bell). Observe então, que

Se, I =I_0,  temos β = log I₀ /I₀  = log 1 donde β= 0

Se, I= 10 I₀, temos β = log 10I₀ /I₀ = log 10 donde β =1B

Se, I= 100 I₀  temos β = log 100I₀ / I₀  = log 100 donde β= 2B

e assim por sucessivamente.

Logo , o som de 1 B possui intensidade 10 vezes maior do que o som de intensidade I₀, o de 2 B possui intensidade 100 vezes maior do que I₀  etc.

Como dissemos, a unidade mais usada para  a medida de β é 1 dB= 0,1 B. Assim, os valores acima seria β = 1B = 10 dB, β= 2B= 20 dB e β= 3B =  30 dB.

Uma pessoa normal é capaz de perceber sons de frequência compreendidos entre 20 hertz e 20 000 hertz. Deve-se observar, entretanto, que para cada uma dessas frequências há nível mínimo de intensidade, abaixo do qual o som não é percebido. Por exemplo, se um som de 100 hertz possui um nível de intensidade de 20 dB , ele não será audível , pois o ponto correspondente a esse valores esta abaixo , que fornece os limites da audição.  Já um som de 2 000 hertz pode ser ouvido  mesmo que seu nível de intensidade se negativo ( β< 0 ou I <10 ^-12 W/m² ).

Fonte: Luiz,Antônio Máximo Ribeiro da,Beatriz Alvarenga Álvares, Física 1 vol 2- São Paulo; Scpione,2006

A FALA HUMANA

            A voz emitida pelo ser humano tem sua origem nas vibrações de duas membranas, denominadas cordas vocais.

            As cordas vocais entram e vibrações quando o ar, proveniente dos pulmões, é forçado a passar pela fenda existente entre elas. Podemos controlar a freqüência do som que emitimos, modificando a tensão nas cordas vocais. As vibrações dessas cordas são comunicadas ao ar existente nas diversas cavidades da boca, da garganta e do nariz e aos músculos próximos a elas. A combinação de todas essas vibrações determina o timbre da voz, que é característica de cada pessoa.           

GRAHAM BELL (1847- 1922)

Cientista inglês que viveu muitos anos nos Estado Unidos, trabalhando inicialmente no campo da dicção e correção da fala. Fundou na cidade de Boston, e uma escola para treinamento de professores de surdo sendo, então, designado professor de fisiologia vocal na universidade desta cidade. Desenvolvendo trabalhos o campo da telegrafia, seus estudos culminaram com a invenção do telefone, que ele patenteou  e 1876.

A EXPERIENCA DE YOUNG

            T. Young (1773-1829)

            Médico e físico inglês, conhecido, sobretudo pelo fato de  ter conseguido obter interferência com a luz . diz-se que Foi uma criança prodígio , tendo aprendido a Ler aos dois anos de idade e que , aos quatro anos , já havia lido a Bíblia por duas vezes. Enquanto exercia a Medicina, em Londres, conseguiu explicar o fenômeno da acomodação visual e a causa do astigmatismo, passando, então, a se interessar pelo estudo dos fenômenos luminosos.  Foi ele o primeiro a propor que as ondas luminosas deviam ser transversais , e não longitudinais, como pensavam outros cientistas. Além de seus trabalhos no campo da Física, notabilizou-se como egiptólogo, tendo contribuído decisivamente para decifrar a antiga escrita dos egípcios ( hieróglifos)

GRAHAM BELL (1847- 1922)

GRAHAM BELL (1847- 1922)

Cientista inglês que viveu muitos anos nos Estado Unidos, trabalhando inicialmente no campo da dicção e correção da fala. Fundou na cidade de Boston, e uma escola para treinamento de professores de surdo sendo, então, designado professor de fisiologia vocal na universidade desta cidade. Desenvolvendo trabalhos o campo da telegrafia, seus estudos culminaram com a invenção do telefone, que ele patenteou  e 1876.

A EXPERIENCA DE YOUNG

T. Young (1773-1829)

            Médico e físico inglês, conhecido, sobretudo pelo fato de  ter conseguido obter interferência com a luz . diz-se que Foi uma criança prodígio , tendo aprendido a Ler aos dois anos de idade e que , aos quatro anos , já havia lido a Bíblia por duas vezes. Enquanto exercia a Medicina, em Londres, conseguiu explicar o fenômeno da acomodação visual e a causa do astigmatismo, passando , então , a se interessar pelo estudo dos fenômenos luminosos.  Foi ele o primeiro a propor que as ondas luminosas deviam ser transversais , e não longitudinais, como pensavam outros cientistas. Além de seus trabalhos no campo da Física, notabilizou-se como egiptólogo, tendo contribuído decisivamente para decifrar a antiga escrita dos egípcios ( hieróglifos).

MODELO MECÂNICA DA REFRAÇÃO DE UMA ONDA

As linhas paralelas representam as cristas de uma onda qualquer ( como uma onda sonora) propagando em um meio A, penetrando em outro meio B ( no qual sua velocidade de propagação é diferente) e voltando a se propagar no meio A.

            Observe que , quando o a onda passa de um meio para outro, ela sofre uma mudança em sua direção de propagação. Esse fenômeno é denominado refreção: dizemos que a onda se refrata ao passar de um meio para outro ( o termo “ refratar” tem origem na palavra latina refractus, que significa “ quebrado “ ou girado para o lado”).

            Podemos entender por que uma onda se refrata analisando um modelo mecânico muito simples:

            -duas pequenas rodas, ligadas por eixo rigido, estão se deslocando em uma superfície lisa (representando uma das cristas de onda se propagando no meio A);

            -um tapete , no qual a velocidade das rodas é menor que na superfície lisa, é colocada em seu caminho,de modo que elas incidam inclinadamente em sua borda a passem a ser deslocar sobre ele ( correspondendo á passagem da onda o meio B);

            - uma das rodas atinge o tapete no ponto C e passa a ser deslocar nele com menor velocidade, percorrendo a distância CD. Nesse mesmo intervalo de tempo, a outra roda está ainda se deslocando na superfície lisa e percorre, então, uma distancia EF maior que  CD. Em virtude disso, vemos claramente que as rodas passam a se deslocar sobre o tapete em uma direção diferente da anterior ( esse fato corresponde à que a onda sofre, ao passar do meio A para o meio B, também em virtude de sua velocidade ter valores diferentes nesses dois meios);

            - quando as rodas passam do tapete para a superfície lisa, ocorre um fenômeno semelhante, mas sentido contrário ao desvio anterior ( correspondendo à passagem da onda novamente para o meio A ).

Fonte: Luiz,Antônio Máximo Ribeiro da,Beatriz Alvarenga Álvares, Física 1 vol 2- São Paulo; Scpione,2006

O pêndulo de Foucault

            Em uma famosa experiência, realizada em 1852 ,o cientista francês Léom Foucault utilizou um pêndulo para demonstrar, de modo convincente, que a Terra está em rotação.

            Para  você entender a experiência do “ pêndulo de Foucault “ que mostra um pêndulo oscilando exatamente no pólo norte da Terra. Sabe-se que um pêndulo ao oscilar livremente, tende a se manter no mesmo plano vertical no qual ele foi posto a oscilar. Foucault percebeu que , em virtude da rotação da Terra, para uma pessoa em repouso em sua superfície, o plano fixo no qual o pêndulo oscila estará aparentemente girando em sentido contrário ao da rotação terrestre – o pêndulo deve ser suspenso de tal maneira que oscile livremente , isto é , que a rotação da Terra não seja transmitida a ele através da suspensão.

            Suponha que o pêndulo seja colocado a oscilar ao  longo de uma BB´ . A pessoa na Terra veria , portanto, essa linha de oscilação do pêndulo girar gradualmente ,de modo que, após algumas horas, ele estaria oscilando ao longo da linha CC´. Depois de 6 horas por exemplo , como a Terra efetuou ¼ de volta em torno de seu eixo ,a pessoa passaria a ver o pêndulo oscilar na direção DD´ ( perpendicularmente à direção inicial BB´). Evidentemente, após 12 horas ( a Terra completou ½ volta de sua rotação completa), o pêndulo estaria oscilando novamente na direção BB´.

            Tendo essas idéias em mente, Foucault construiu um grande pêndulo, com massa aproximadamente igual a 30 kg, sustentado por um fio de aço com cerca de 70 m de comprimento, Esse pêndulo foi suspendo na cúpula do famoso Pantéon de Paris . A altura do saguão desse prédio permitia a instalação de um pêndulo com comprimento tão elevado. Consta que Foucault dirigiu um convite a autoridades e colegas cientistas para “ presenciarem a Terra em rotação” .

            Foi com grande surpresa e admiração que os presentes constataram a alteração no plano de oscilação do pêndulo , no decorrer de algumas horas de observação,

            Modernos museus de ciências em vários países do mundo apresentam réplicas da experiência de Foucault que sempre atraem a atenção dos visitantes.

Heinrich hertz( 1854 1894)

Heinrich hertz( 1854 1894)

            Doutorou-se em Física em  1880 na Universidade de Berlim sendo, mais tarde designado professor de Física na Universidade de Bonn, foi o primeiro cientista que conseguiu produzir e receber ondas de rádio ( ondas eletromagnéticas). Mostrando que elas possuíam as mesmas propriedades da luz. Como conseqüência, ele estabeleceu definitivamente que a luz é uma onda eletromagnética. Em homenagem a hertz, durante muitos anos as ondas de rádio foram denominadas “ ondas hertzianas”.

AS IDÉIAS DE NEWTON SOBRE A NATUREZA DA LUZ E AS CORES DOS CORPOS

Embora os trabalhos de Newton relacionados com a Mecânica tenham sido aqueles que lhe deram maior renome, os estudos e teorias que ele elaborou e no campo da ótica foram também muito importantes. Em sua obra , Opticks, publicada em 1704, Newton desenvolveu em estudo bastante amplo sobre os fenômenos luminosos. Duas das idéias defendidas por Newton neste tratado serão apresentadas e comentadas a seguir: sua concepção sobre a natureza da luz e uma teoria das cores dos corpos.

            Deste a Antiguidade alguns filósofos gregos acreditavam que a luz fosse constituída de pequenas partículas, propagando-se em linha reta com velocidade muito grande. Estas idéias prevaleceram durante vários séculos até que, por volta de 1500, Leonardo da Vinci, percebendo a semelhança entre a reflexão da luz e o fenômeno do eco, levantou a hipótese de que a luz, como o som, poderia ser um tipo de movimento ondulatório.

CHRISTIAN HUYGHENS (1629-1695)

Filho de uma rica e importante família holandesa, estudou da Universidade de Leiden, morou vários anos em Paris , sendo membro fundador da Academia de Ciência da França. Astrônomo, matemático e físico , entre seus trabalhos podemos destacar o estabelecimento de teoria ondulatório da luz , uma série de observações astronômicas de Saturno e vários contribuições à Dinâmica do corpos.

            Estas duas concepção sobre a natureza da luz deram origem , no século XVII, a duas grandes correntes do pensamento cientifico: uma delas liderada por Newton , favorável à idéia de que a luz era constituída de partículas (modelo corpuscular da luz) e a outra , tendo à frente o físico holandês C. Huyghens, defendendo a hipótese de que a luz seria uma onda ( modelo ondulatório da luz). Esta divisão de opiniões provocou uma intensa polêmica ente estes dois eminentes cientistas, que se tronou célebre na história da Física, Um esclarecimento para esta disputa só veio a ser  alcançado no século XIX ,  muitos anos após a morte de Huyghens de Newton.

            O MODELO CORPUSCULAR DA LUZ

            Tentando justificar o seu modelo corpuscular, Newton chamou a atenção para o fato de que pequenas esferas, colidindo elasticamente contra uma superfície lisa, são refletidas de tal modo que o ângulo de reflexão ao denominado, é válido  considerar um feixe de luz como constituído por um conjunto de partículas que se refletem elasticamente ao encontrarem uma superfície lisa.

            Para descrever como Newton explicava o fenômeno da refração, consideramos, um feixe luminoso, propagando-se no ar ( meio 1) refrata-se ao penetrar na água ( meio 2), aproximando-se da normal. Segundo Newton, isto ocorre porque as partículas que constituem o feixe , ao se aproximarem da água , seriam solicitadas por um força de atração , que provocaria uma mudança na direção do movimento delas. Portanto, a ação desta força sobre as partículas seria responsável pela refração do feixe luminoso. 

            Observe que, como consequência desta ação, as partículas teriam sue velocidade aumentada ao penetrarem na água, isto é, deve-se ter, v₂ > v₁. Em outras palavras, de acordo com o modelo corpúsculo de Newton ,a velocidade da luz na água deveria ser maior do que no ar. Naquela época não fói possível verificar se esta conclusão era correta, pois não eram conhecidos métodos capazes de medir a velocidade da luz com precisão suficiente.

OBSERVAÇÕES EXPERIMENTAIS FAVORECEM O MODLO ONDULATÓRIO DA LUZ

            O modelo ondulatório, defendido por Huynghens, também conseguia explicar satisfatoriamente a reflexão e a refração da luz, isto é , como veremos no capítulo seguinte, uma onda qualquer se reflete e se refrata seguindo as mesmas leis de reflexão e da refração luminoso. Assim, as duas teorias sobre a natureza da luz apresentavam-se igualmente válidas e era muito difícil optar por uma delas,

            Entretanto, no início do século XIX, foi possível observar, com a luz, o fenômeno de interferência. Como a interferência é um fenômeno característico do movimento ondulatório, o fato de ser possível observá-lo com feixe luminosos apresenta-se como uma evidência extremamente favorável ao modelo ondulatório. Apesar disso, em virtude do grande prestígio de Newton, o modelo corpuscular continuava a ser aceito por uma significativa parcela da comunidade científica da época.

            Em 1862, um acontecimento importante dava fim a esta disputa que vinha se prolongado por mais de 150 anos, neste ano o físico francês Foucoult conseguiu medir a velocidade da luz na água, verificando que seu valor era menor do que no ar. A teoria corpuscular de Newton, conforme vimos , ao explicar a refração, previa exatamente o contrário. Desta maneira, as idéias de Newton sobre a natureza da luz tiveram de ser definitivamente abandonadas, pois elas levavam a conclusões que estavam em descordo com os resultados experimentais.

           

NEWTON OBSERVA A DISOERSÃO DA LUZ BRANCA

            O primeiro trabalho científico publicado por Newton (EM 1672) apresentava suas idéias sobre a natureza das cores, E interpretação dada por ele, neste trabalho, sobre a dispersão da luz branca a sai teoria sobre as cores dos corpos permanece aceita até os dias atuais, ao contrário do que ocorreu com o seu modelo corpuscular da luz.

            Muito antes de Newton, já era conhecido o fato de que a luz branca, ao atravessar um prisma de vidro, dava origem um feixe colorido. Acreditava-se naquela época , que a luz branca (Provavelmente do Sol) era uma luz  pura e que aparecimento das cores era devido a impureza que o feixe recebia ao atravessar o vidro .

            Trabalhando no polimento de algumas peças de viro para estudo de ótica, Newton conseguiu obter um prisma triangular, interessando-se em realizar a famosa experiência da dispersão da luz branca, sobre a qual ele já tinha ouvido falar. Descreveu , então esta experiência comas seguintes palavras:

            !..tendo escurecido o meu quarto, fiz um pequeno orifício na janela, de modo a deixar penetrar um quantidade conveniente de luz solar.  Coloquei o prisma em frente ao orifício, de maneira que a luz , ao se refratar, incidisse na parede oposta, foi um agradável divertimento observar as intensas e vivas cores ali projetadas...”

            Newton  usou, então , pela primeira vez , a palavra latina spectrum  para denominas este conjunto de cores. Como não estivesse de acordo com a idéia de que as cores são produzidas por impurezas acrescentada à luz branca, ele realizou uma experiência que mostrou ser falsa esta antiga teoria: deixando apenas uma das cores do espectro passa através de um segundo prisma, Newton verificou que este feixes luminoso emergia do prisma sem sofre qualquer alteração. Concluiu , então  que um prisma nada acrescenta a um feixe luminoso que passa através dele.

            Procurando uma explicação adequada para o fenômeno, ele lançou a hipótese de não ser a luz branca uma cor pura , como se pensava até então. Ao contrário , ela seria o resultado da superposição ou mistura de todas as cores do espectro , Ao passar pelo prisma, a luz branca se decompõe porque cada cor se refrata sob um ângulo diferente. Essas idéias de Newton são até hoje consideradas.

            TEORIA DE NEWTON SOBRE AS CORES DOS CORPOS

No mesmo trabalho em que apresentou esta idéia sobre a composição da Luz branca, Newton desenvolveu um estudo sobre as cores dos objetos.

            “ As cores de todos os corpos da natureza são devidas simplesmente ao fato de que ele refletem a luz certa cor em maior quantidade do que as outras.”

            Isto significa, como vimos, que um corpo iluminado com luz banca se apresenta verde, por exemplo, porque ele absorve grande parte das demais cores que constituem a luz branca , refletindo preferencialmente a luz verde.

            A teoria das cores de Newton encontrou violenta oposição por parte de vários cientistas da época, especialmente do fisco inglês R. Hooke. Estas objeções causaram tamanhos dissabores a Newton que ele, para evitar envolver-se em outras polêmicas, resolveu não mais divulgar seus trabalhos. Isto fez com que permanecessem vários anos em quase completo isolamento. Somente catorze anos mais tarde, por insistência de seu amigo E. Halley, Newton decidiu publicar a sua famosa obra Princípios da Matemática da Filosofia Natural. Entretanto, para publicar o seu tratado Opticks,  contendo suas teorias sobre as propriedade da luz, ele aguardou a morte de Hooke. De ato Hooke faleceu em 1703 e esta obra de Newton só veio a ser editada 1704.

Fonte: Luiz, Antônio Máximo Ribeiro da, Beatriz Alvarenga Álvares, Física 1 vol 2- São Paulo; Scpione,2006

EQUAÇÃO DOS FABRICANTES DE LENTES

EQUAÇÃO DOS FABRICANTES DE LENTES

            De maneira qualitativa, a influência do meio que envolve a lente no valor de sua distância focal. O estudo quantitativo desta influência e do efeito dos raios de curvatura das superfícies que limitam a lente pode ser feito por meio de uma equação, denominada “ equação dos fabricantes de lentes”  , que será apresentada a seguir .

            Considere uma lente de faces esféricas, de raios , R₁ e R₂, de índice de refração n₂ , envolvida por um meio de índice de refração n₁, Usando as leis de refração , é possível mostrar que a distância focal dessa lente é dada pela seguinte equação:

                                    1/f =(n₂/n₁-1)(1/R₁ = 1/R₂)

Ela pode ser usada pra determinar a distância focal de qualquer tipo de lente esférica ( bicôncava, plano-convexa, côncavo-convexa etc.), deste que seja dotada a seguinte convenção de sinais.

            O sinal do raio de curvatura R é positivo quando a superfície externa que limita a lente for convexa e, negativa quando ela for côncava.

            Para ilustra  uso dessa equação , resolveremos o seguinte exemplo considere uma lente plano-côncava, de índice de refração n2 =1,5 e cuja face curva tenha raio R= 50 cm, mergulhando em um líquido de índice de refração n1=2,0. Qual é a distância focal desta lente?

            Como a face  curva é côncava devemos , ao usar a fórmula , considerar  o valor de R negativo. Por outro lado, sendo a outra face plana, o seu raio é infinito. Então teremos:

                                    1/f = (1,5/2,0-1)(1/∞-1/50) = (0,75 -1)(0-0,02)

Logo, 1/f = 0,0050 donde f = 200cm

            Observe que, apesar de ter essa lente as extremidades ( os bordos) mais espessas do que sua parte central , ela é convergente( fé positivo). Isto ocorre porque seu índice de refração é menor do que o índice do meio que  a envolve , conforme já havíamos mencionado ao fazer o estudo qualitativo deste assunto.

Fonte: Luiz,Antônio Máximo Ribeiro da,Beatriz Alvarenga Álvares, Física 1 vol 2- São Paulo; Scpione,2006

A FIBRA ÓTICA

A fibra ótica é um material que utiliza a reflexão total da luz para transmiti-la através dele. A possibilidade de construí-la surgiu com o desenvolvimento da tecnologia do quartzo, que propiciou a obtenção de fios muito finos e perfeitamente transparentes, que podem ser encurvados sem se romperem. Assim, por reflexão total nas paredes da fibra, a luz, ou outra radiação eletromagnética qualquer, pode ser conduzida por qualquer trajetória. A transparência quase absoluta do quartzo de grande pureza é uma propriedade fundamental para a construção destes dispositivos. Um fio de vidro, por exemplo, pode ser utilizado, mas não serviria a estes propósitos pois não apresenta a transparência desejada para  as aplicações mais comuns da fibras  ótica: o fio de quartzo muito fino ( cerca de 5 milionésimos do metro) é envolvido por duas camadas, uma de vidro e outras de plástico , para sua proteção.

            Os principais usos da fibra ótica são encontrados na Medicina e em comunicação (televisão e telefone). Na Medicina, são usadas nos endoscópios, aparelhos que facilitam o exame de órgãos internos, ou em cirurgias. São usados dois feixes de fibras óticas, introduzidos através da garganta do paciente, Um leva o sinal luminoso e, o outro, traz a imagem do órgão para ao médico. A fonte de luz utilizada é sempre de laser, por sua grande potência e por poder ser transmitida por meio de feixes muito finos.

            Na comunicação, a fibra ótica é usada para transmitir sinais por meio de pulsos de radiações eletromagnéticas (quase sempre luz ou radiação infravermelha), substituindo os cabos submarinos na transmissão telefônica a grandes distâncias, que ainda é freqüentemente feia por corrente feita por corrente elétrica, através de dos de cobre. A fibra ótica permite transmitir informações com maior de fios de cobre.  A fibra ótica permite transmitir informações com maior eficiência e maior economia do que os fios de cobre ( podem , em igualdade de condições, enviar 100 000 vezes mais informações). Entretanto, a velocidade da transmissão dos sinais na fibra ótica( 200 000 km/s) é menor do que a dos sinais na corrente elétrica nos fios de cobre ( cerca 300 000km/s). Outra vantagem da fibra ótica, em relação dos fios de cobre, é que os repetidores e amplificadores dos sinais se fazem necessários apenas a distâncias de cera de 100 km, enquanto, para o fios de cobre, eles devem ser instalados de 4 km em 4 km, aproximadamente. Outra desvantagem é sua menor resistência ( quebram com facilidade), pois os de fios de cobre resistem melhor a depredações de peixes , da própria água a de outros fatores. Na fonte de sinais, quase sempre são radiações infravermelhas ( menos absorvidas pelo quartzo ) e na forma de laser ( pelos motivos já citados).

            As fibras óticas têm sido utilizadas, também, em um tipo especial astros. O aparelho possui vários braços mecânicos, controlados por motores independentes , e a cada um é adaptado uma fibra ótica ( no projeto Argus , um dos mais modernos já construído, instalado no Observatório Interamericano de Cerro Tololo, no Chile, existem 24 desses braços e no Hydra , projeto americano  desenvolvido no Arizona, há 96 braços). Com uma câmera de TV, cada fibra ótica é apontada para a posição onde se supõe existir uma galáxia, reduzido a superposição com a luz de estrelas mais próximas e da própria atmosfera. Com este processo está sendo possível construir uma mapa do Universo que, por enquanto, consta de poucos milhares de galáxias, número ainda muito pequeno diante do calor estimado, que é de 100 bilhões ( até o ano 2000 os astrônomos prevêem que cerca de  1 milhão de galáxias estarão catalogadas). Estes trabalho permitirá aos cientistas compreender melhor como o Universo está evoluindo e , a partir daí , construir um modelo mais adequado de sua origem.

            No nosso dia-a-dia, as fibras óticas são pouco usadas, podendo ser encontradas na confecção de certos tipos de lâmpadas de mesa, apenas com efeito decorativo. Em algumas casas de brinquedos, costumam ser encontradas lanternas, às quais foram adaptadas fibras óticas.

SNELL( 1591-1626)

Matemático e astrônomo holandês que, além de descobrir a lei da refração, desenvolveu um método para medir o raio da Terra.  A lei de Snell da refração, apesar de ter sido descoberta em 1620, só veio a ser amplamente divulgada através da obra Diopatrica , publicada em 1703 pelo físico , também holandês , C. huyghens.

                        Procure perceber o enorme valor dessa unidade, lembrando-se de que em praticamente 1s, a luz se desloca da Terra à Lua e, em 1 ano temos aproximadamente 30 milhões de segundos.

            Com essa unidade, podemos expressar mais comodamente as distâncias que no separam de alguns corpos celestes:

- para vir do Sol à Terra , a luz gasta cerca de  8 minutos; podemos , então dizer que a distância Terra-Sol é de 8 minutos-luz. Isto significa que, quando ocorre uma explosão na superfície do Sol, somente após minutos os astrônomos podem observá-la aqui na Terra;

-a estrela visível a olho nu mais próxima  da Terra é a estrela alfa da constelação do Centauro. Sua distância até nós é de 4,2 anos-luz, Portanto, a luz gasta 4,2 anos para vir da alfa Centauro até a Terra. Sendo assim, quando olhamos para essa estrela , nós a estamos vendo como ela era 4,2 anos atrás.

- os astrônomos verificaram que as estrelas encontram-se agrupadas em enormes aglomerações, denominadas  galáxias.  Cada uma dessas galáxias é constituída por muitos bilhões de estrelas. O nosso sistema solar, por exemplo, pertence a uma galáxia denominada  Via-láctea,  cujo diâmetro vale cerca de100000 anos-luz.

-o número de galáxias já observadas pelos cientistas é muito grande ( avalia-se que existem mais galáxias no Universo que habitantes na Terra) . Uma da mais próxima da Via- láctea é a galáxia ( ou nebulosa) de Andrômeda . Os astrônomos conseguiriam determinar nossa distância até Andrômeda e verificaram que ela é de, aproximadamente, 2 milhões de anos-luz! . Portanto, se subitamente todas as estrelas dessa galáxia se extinguissem, somente após 2 milhões de anos esse fato seria percebido aqui da Terra.

-usando aparelhagem e método atualizados, os astrônomos têm conseguido localizar novas galáxias, muito mais afastadas do que Andrômeda. Algumas delas encontram-se a uma distância de dezenas ( ou centenas) de milhões de anos-luz. Corpos celestes, afastados de nós alguns bilhões de anos-luz, já foram detectados, mostrando que o Universo tem dimensões extraordinariamente elevada, muito maiores do que se poderia imaginar;

-uma observação astronômica que teve grande repercussão quando foi  anunciada, no início do século XX , refere-se à expansão   do Universo , analisando a luz emitida por galáxias distantes, os cientistas verificaram ,por meio do efeito Doppler, que essas galáxias estão se afastando rapidamente umas das outras, de modo que as dimensões do Universo estão se tornando maiores a cada momento. Este resultado mostravam, com bastante clareza, que o Universo  não era estacionário,  como acreditava, até não, uma grande parte da comunidade científica.

            È interessante destacar que a concepção de um Universo não-estacionário está de acordo com as idéias proposta pelo famoso físico Albert Einstein, e sua Teoria da Relatividade Geral, na qual ele apresentou novas idéias sobre a gravitação universal, alterando profundamente o trabalho de Newton nesse campo. ( Imaginando um Universo em duas dimensões) , para que você possa ter uma idéia das concepções de Einstein: a superfície do balão representa o próprio Universo em que vivemos, e as pintas são galáxia distribuídas nesse Universo. Sua expansão corresponde ao aumento das dimensões do balão ao ser soprado, Quando isso acorre,as “ galáxias “ se afastam umas da outras.

            A observação do Universo em expansão  levou os cientistas a novas teorias sobre a origem do Universo. Entre elas. A mais conhecida e de maior   aceitação é a teoria da grande explosão ou tória da big-bang ( em inglês, big- bang significa “ grande explosão).  De acordo com essa teoria , há cerca de 15 bilhões de anos toda a matéria e energia do Universo estariam concentradas em uma região muito pequena.  Após uma enorme e súbita explosão, a matéria e a energia foram se espalhando, dando origem a um Universo em expansão. A situação atual nada mais seria do que um momento desse processo.

Fonte: Luiz,Antônio Máximo Ribeiro da,Beatriz Alvarenga Álvares, Física 1 vol 2- São Paulo; Scpione,2006

AS ENORMES DIMENSÕES DO UNIVERSO

            A velocidade da luz é usada na definição de uma unidade de comprimento, denominada 1 ano-luz, muito empregada na medida de distância que a luz astronômicas, O valor de 1 ano-luz é definido como sendo a distância que a luz percorre, no vácuo, em 1 ano ( esta distância vale cerca de  10¹³ km!).

            Para que você tenha uma idéia das enormes dimensões do Universo conhecido pelo homem, apresentaremos, a seguir, alguns exemplos de distâncias entre corpos celestes, expressando-as em anos-luz e procurando interpretar o seu significado.

            Assim, a distância que nos separa da estrela visível a olho nu, mais próxima de nós ( alfa do Centauro), é de 4,2 anos, para chegar à Terra. Em outras palavras, quando observamos esta estrela, estamos realmente vendo-a como ela era há 4,2 anos atrás . Então , se uma nave espacial partisse da Terra ,em direção à alfa do Centauro, e pudesse desenvolver uma velocidade igual à luz ( a máxima velocidade que, de acordo com a Teoria da Relatividade, poderia ser alcançada por um corpo material), ela somente chegaria ao seu destino após ter viajando durante mais de 4 anos ( a título de comparação, informamos que a luz do Sol gasta de 8 minutos para chegar à Terra).

            Os astrônomos verificaram que as estrela encontram-se , no espaço, agrupadas em enormes aglomerações, denominadas galáxias, constituídas, cada uma , por bilhões de bilhões de estrelas, O nosso sistema solar, por exemplo, pertence a uma galáxia, denominada Via - láctea, cujo diâmetro vale cerca de 100 000 anos-luz. O Sol está situado a 30 000 anos-luz do centro da Via láctea.

            O número de galáxias já observadas no Universo é muito grande. Entre elas, uma das mais próximas da Via - láctea é a galáxia ( ou nebulosa) de Andrômeda, que se encontra a um distância de  2 milhões de anos-luz. Portanto m quando ocorre uma explosão em alguma estela desta galáxia, somente após 2 milhões de anos fato ser percebido aqui na Terra.

            Outras galáxias encontram-se muito mais afastadas de nós , já tendo sido detectados corpos celestes a distâncias de centenas de milhões de anos-luz.

 Fonte: Luiz,Antônio Máximo Ribeiro da,Beatriz Alvarenga Álvares, Física 1 vol 2- São Paulo; Scpione,2006

OS TRABALHODE FOUCAILT E MICHELSON

Outro cientista francês, Foucault , aprimorou substancialmente o método usado por Fizeau, substituindo a roda dentada por um sistema de espelhos em rotação. Com este processo, ele conseguiu realizar medidas bem mais precisa do que aquelas feitas por Fizeau. Já em 1862 Foucault obtinha , para a velocidade de luz , o valor c = 2,98 x 10⁸ m/s , bastante próximo do calor que hoje se conhece.

            Leon Foucaut ( 1819-1868)

            Cientista francês que, sido educado inicialmente para ser médico , acabou tornando-se um físico experimental de grande habilidade. Trabalhou com Fizeau, desenvolvendo técnicas de grande precisão para a medida da velocidade da luz. Um de sues trabalhos mais conhecidos é aquele realizado com m pêndulo, no panteon de Paris , demonstrando experimentalmente a rotação da Terra em torno de seu eixo ( pêndulo de Foucault). Por este trabalho , ele recebeu um prêmio da Real Academia de Ciências de Londres , sendo designado físico do Observatório Imperial de Paris.

            Outro resultado muito importante dói obtido por Foucaout: usando seu método dos espelhos girantes , e conseguiu medir a velocidade da luz fazendo-a percorrer distancias muito menores do que as usadas por Fizeau. Desta maneiram fói possível , pela primeira vez, medir o valor da velocidade da luz em materiais, Foucault, fazendo um feixe de luz propagar-se na água, verificou que a luz se deslocava neste líquido com a velocidade v = 2,23x10⁸ m/s , valor este, portanto, inferior a c. Este resultado causou um enorme impacto na época, pois muitos cientistas ( adeptos da ideias dobre a natureza da luz lançadas por Newton muitos anos antes) acreditavam que a luz se propagava, nos meios materiais , com velocidade maior do que no vácuo.

            Após os trabalhos de Foucault, vários cientistas, em diversos países  usando outras, técnicas de medidas, dedicaram-se á tarefa de determinar a velocidade da luz, procurando obter valores cada vez mais precisos, Entre ele devemos destacar o cientista americano A. Michelson, que, durante cerca de 50 anos, realizou as mais cuidadosas experiências com este objetivo. O resultado das últimas medidas realizadas por Michelson , c = 2,9977x10⁸ m/s, publicado em 1932, mostra a grande precisão alcançada por ele em suas experiências.

            Graças à oportunidade destes trabalhos, a velocidade da luz é um dos valores que se conhece com maior precisão ao campo da Física. Analisando cuidadosamente os trabalhos dos inúmeros cientistas que se dedicaram à medida desta grandeza , os físicos chegaram `a conclusão de que , atualmente , o melhor valor para representar a velocidade da luz é :

                                               C = 2,997925x10⁸ m/s

            Este números são fornecido a título do ilustração e não devemos nos preocupar em memoriza-los.  Entretanto, para a maioria das situações em que o valor da velocidade da luz deve ser usado , é suficiente considerar c = 3,00 x10⁸ m/s.