TEMA 3 - Ondulatória, Acústica e Radiações Eletromagnéticas

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TEMA 3 - Ondulatória, Acústica e Radiações Eletromagnéticas 
(RESUMO)
MÓDULO 1
Ondulatória é a área da Física que estuda fenômenos ondulatórios, como ondas que se 
propagam sem transferência de matéria. Exemplos incluem ondas em um lago, corda vibrando 
e notas musicais. Existem dois tipos de ondas: mecânicas (precisam de matéria para se 
propagar) e eletromagnéticas (podem se propagar no vácuo). Um movimento periódico repete-
se em intervalos iguais, como no movimento harmônico simples de um pêndulo.
As ondas periódicas geradas ao jogar objetos na água formam uma curva senoide. O período (T) 
é o tempo para uma repetição do fenômeno, enquanto a frequência (f) indica quantas vezes 
ocorre por unidade de tempo. Em um exemplo fictício de gotas de chuva caindo, se o período 
entre as gotas é de 2 segundos, a frequência está relacionada ao período.
Concluímos que o período é o inverso da frequência, e vice-versa. Se o período da goteira é 2 
segundos, a frequência é 0,5 Hz, o que indica que cai meia gota a cada segundo.
As ondas têm frequências diferentes, como a radiação vermelha visível, e podem ser 
longitudinais ou transversais, dependendo da direção do movimento das partículas do meio em 
relação à propagação.
Ondas Unidimensionais, Bidimensionais e Tridimensionais se propagam em uma, duas e todas 
as direções possíveis, respectivamente. O comprimento de onda é a distância entre picos, e a 
amplitude é a distância entre a posição de equilíbrio e o pico. A velocidade da onda pode ser 
calculada pela Equação Fundamental das Ondas.
Duas ondas estão em fase quando movem-se "juntas" com mesma velocidade e deslocamento 
das partículas. Quando não estão em fase, são consideradas "defasadas" ou incoerentes.
Fenômenos Ondulatórios:
São influenciados pela matéria e ocorrem quando as ondas encontram interfaces de diferentes 
meios, podendo ser refletidas, absorvidas, ou passar para outro meio, alterando sua direção e 
velocidade de propagação.
MÓDULO 2 
A Acústica é a área da Física que estuda ondas sonoras em meios materiais elásticos. As ondas 
sonoras não se propagam no vácuo. Elas se movem por ciclos de compressão e rarefação, 
exibindo um padrão sinusoide.
O ouvido humano capta ondas sonoras de 20 a 20.000 Hz, convertendo-as em impulsos 
nervosos para processamento no cérebro. Infrassom é abaixo de 20 Hz e ultrassom acima de 20 
kHz. A faixa normal audível é de 50 a 16.000 Hz, com sensibilidade de 1.000 a 3.000 Hz. Em 
barulhos intensos, o ouvido reduz seletivamente algumas frequências para evitar danos.
O som se propaga em diferentes velocidades dependendo do meio, sendo mais rápido em 
sólidos, seguido por líquidos e gases. A força de ligação entre partículas é mais forte em sólidos 
do que em gases. Exemplos de velocidades do som incluem: chumbo (1.210 m/s), ouro (3.240 
m/s), vidro (4.540 m/s), cobre (4.600 m/s), e alumínio (6.320 m/s).
Materiais rígidos e densos têm alta velocidade de propagação de som, enquanto materiais como 
borracha possuem baixa velocidade. A velocidade do som depende do módulo de Young e da 
densidade do material. A densidade influencia a velocidade do som, sendo mais lenta em 
materiais mais densos. A impedância acústica representa a resistência do material à passagem 
do som e pode ser estimada pela relação com a densidade e velocidade longitudinal do som no 
material.
Materiais mais densos têm maior impedância acústica, impactando na reflexão e refração de 
ondas sonoras. Maior diferença de impedância resulta em maior reflexão e menor refração 
entre os meios.
Reflexão
Refração
Difração
Polarização
Interferência
Vamos comparar a reflexão do som em diferentes meios - ar, água e concreto. A diferença de 
impedância afeta a quantidade de reflexão e transmissão do som. Na água, menos energia é 
refletida do que na parede. Equações são usadas para analisar a reflexão e transmissão do som 
nos diferentes meios.
Sons são classificados em agudos (altas frequências) e graves (baixas frequências). A intensidade 
do som varia entre forte (muita energia) e fraco (pouca energia), medida em decibéis (dB). A 
exposição a níveis elevados de intensidade sonora pode causar danos auditivos permanentes. A 
legislação brasileira estabelece limites seguros de exposição ao ruído para proteger a audição.
A intensidade do som é medida em W/m², com o limiar audível em 10^-12 W/m² e o limiar de 
dor em 1 W/m². O timbre diferencia fontes sonoras, como instrumentos musicais. A frequência 
natural e ressonância ocorrem quando um sistema vibra livremente na sua frequência natural, 
como o exemplo do diapasão que emite a nota Lá a 440 Hz.
As ondas sonoras interagem com a matéria através de reflexão, refração, difração, interferência 
e absorção.
O efeito Doppler é a mudança na frequência percebida do som devido ao movimento relativo 
entre observador e fonte sonora, como no caso de uma ambulância.
O sistema auditivo é formado por ouvido externo, médio e interno. O ouvido externo inclui a 
orelha e o conduto auditivo. O ouvido médio tem o sistema ossicular que transmite vibrações 
para a cóclea. O ouvido interno contém a cóclea e a tuba auditiva. A função do sistema auditivo 
é transformar energia sonora em sinais para o cérebro.
Reflexão: onda refletida na interface entre dois meios.
Refração: onda transmitida para outro meio.
Difração: onda contorna obstáculos.
Interferência: duas ondas se superpõem, aumentando ou diminuindo energia.
Absorção: onda perde intensidade ao se propagar na matéria, explicando a atenuação do 
som ao passar por paredes.
As ondas sonoras entram no ouvido e são amplificadas pela diferença de superfície entre o 
tímpano e a janela oval, seguindo para a cóclea. A cóclea é um sistema de três tubos espirais 
com líquido, onde ocorre a transdução do som. A membrana basilar contém fibras que vibram 
de acordo com a frequência sonora, seguindo o Princípio do Lugar. As vibrações de alta 
frequência se propagam por um curto trajeto, enquanto as de baixa frequência percorrem uma 
distância maior. As células ciliadas na cóclea transmitem os sinais nervosos para o sistema 
nervoso central.
Transdução de sinais sonoros em impulso nervoso envolve 30.000 células ciliadas em cada 
cóclea, capazes de detectar vibrações e movimentos em dimensões atômicas. A intensidade do 
som é determinada pela amplitude de vibração da membrana basilar e das células ciliadas, além 
da capacidade de estimular células vizinhas e externas.
A comunicação com o sistema nervoso central envolve vias auditivas do bulbo até o córtex 
auditivo no cérebro, com interações entre neurônios e integração sensorial e motora. O córtex 
auditivo é dividido em primário e secundário, sendo este último responsável pela interpretação 
do significado dos sons. Além disso, há integração dos sinais auditivos com vias motoras no 
tronco encefálico, envolvendo neurônios reticuloespinhais e colículos superiores para controlar 
a orientação da cabeça, olhos e corpo em direção à fonte sonora.
O ultrassom é usado em diagnósticos médicos com transdutores acústicos, baseados no efeito 
piezoelétrico. Os irmãos Dussik foram pioneiros na aplicação diagnóstica do ultrassom. Pierre e 
Jacques Curie descobriram o efeito piezoelétrico em 1880. O ultrassom é amplamente utilizado 
em saúde para diagnósticos por imagem e terapia, como no modo B para formar imagens a 
partir de ecos recebidos por transdutores.
O ultrassom terapêutico na Fisioterapia, com frequência de 1 Mhz, pode ter efeitos térmicos e 
atérmicos, sendo indicado para cicatrização, anti-inflamatório e regeneração óssea. Diferentes 
tecidos do corpo têm valores específicos de velocidade de propagação, impedância acústica e 
coeficiente de atenuação.
MÓDULO 3 
Nossos olhos convertem energia luminosa em impulsos nervosos, fundamentais para o sistema 
nervoso central. A visão é crucial como sentido humano, com 40% das fibras cerebrais 
dedicadas a ela. Lesões cerebrais podem ser identificadas por disfunções visuais.
Radiações visíveis são um tipo de radiaçãoeletromagnética com frequências específicas. 
Produzidas pela aceleração de cargas elétricas, propagam-se como campos elétricos e 
magnéticos. Independentemente da matéria, têm a mesma velocidade no vácuo, mas variam 
em comprimento de onda e frequência.
Os diferentes tipos de radiação eletromagnética formam o espectro, com radiações visíveis 
tendo frequências estreitas. Radiações de alta frequência, como raios-X e gama, têm maior 
impacto na matéria. A energia aumenta com a frequência das ondas, transmitida em quanta 
indivisíveis chamados fótons. A intensidade diminui conforme a distância aumenta, seguindo a 
Lei do Quadrado Inverso. Os olhos humanos detectam apenas radiações visíveis, decompostas 
em sete cores ao passar por um prisma. Cada cor representa uma onda luminosa com 
frequência específica, onde o desvio de cores ocorre devido à velocidade da luz.
Um objeto parece vermelho porque reflete a luz na frequência do vermelho, que é interpretada 
pelos nossos olhos e sistema nervoso.
A óptica estuda a luz e pode ser física (natureza da luz) ou geométrica (trajetória da luz). A luz se 
propaga em meios transparentes, translúcidos e opacos, influenciando a nitidez da imagem. 
Três princípios da óptica geométrica são a independência dos raios luminosos, a reversibilidade 
dos raios e a propagação retilínea da luz em meios transparentes.
As ondas luminosas interagem com a matéria gerando fenômenos ópticos como reflexão 
regular e difusa, refração e absorção. Na reflexão regular, a luz retorna ao seu meio original com 
o mesmo ângulo. Na reflexão difusa, a luz é refletida de modo irregular. A refração ocorre ao 
passar de um meio para outro, mudando a direção da luz. A absorção é a perda de energia da 
onda, gerando calor.
O olho funciona como uma câmera fotográfica, focando imagens na retina com precisão. Possui 
um sistema de lentes que refrata a luz em quatro interfaces. É essencial compreender a 
refração da luz nesse contexto.
A refração ocorre devido à mudança na velocidade da luz ao passar de um meio para outro, 
determinada pelos índices de refração de cada meio. A Lei de Snell relaciona esses índices com 
os ângulos de incidência e refração. Lentes convexas convergem os raios luminosos, enquanto 
as côncavas os divergem. O cristalino, uma lente convexa composta por camadas fibrosas, é 
composto principalmente por água, gordura e proteína.
Os raios de luz são curvados pela lente convexa para passar por um ponto focal, gerando uma 
imagem invertida. O cristalino tem baixo poder refrativo, mas pode ajustar sua curvatura para 
acomodação visual, controlada pelo sistema nervoso parassimpático.
O relaxamento dos músculos ciliares causa a presbiopia em idosos, reduzindo a acomodação 
visual. A íris regula a quantidade de luz nos olhos, com a pupila controlando a profundidade de 
foco. A visão normal é chamada de emetropia, enquanto a hiperopia causa dificuldade de foco 
em objetos próximos e a miopia em objetos distantes.
Astigmatismo resulta de uma córnea com formato irregular, causando visão borrada. Lentes 
corretivas são usadas para tratar miopia, hipermetropia e astigmatismo, ajustando o foco da 
imagem na retina.
A retina é o órgão sensorial do olho, com cones para cores e bastonetes para visão em baixa 
luminosidade. Possui camadas de células e a fóvea central para detalhes. Os cones detetam 
cores RGB, enquanto os bastonetes são acromáticos.
Quando os bastonetes são excitados, ocorre hiperpolarização devido à decomposição da 
rodopsina, reduzindo a condutância de íons Na+. As sinapses entre neurônios da retina são 
principalmente elétricas, com a hiperpolarização relacionada à intensidade de iluminação. Em 
sinapses químicas, como com células ganglionares, segue o princípio "tudo ou nada", sem 
graduação linear entre estímulo e resposta.
As células horizontais aumentam o contraste visual, células amácrinas participam no aumento 
do contraste e análise dos sinais, e células bipolares controlam os sinais enviados ao cérebro. A 
adaptação à luminosidade varia a sensibilidade à luz e pode ocorrer por alterações nas 
substâncias fotoquímicas e no diâmetro da pupila.
Transdução do sinal luminoso em impulso nervoso ocorre nas vias neurais da visão, que 
passam pelos nervos ópticos, núcleo geniculado lateral do tálamo e córtex visual primário. O 
tálamo atua como integrador de informações e transmite os sinais com precisão espacial para o 
córtex visual. O córtex visual possui áreas primária e secundária para análise visual.
Pequenos seis músculos controlam os movimentos oculares, inervados por diferentes pares de 
nervos cranianos. Os sinais do córtex visual viajam para o tronco cerebral e, em seguida, para os 
núcleos nervosos dos olhos para controlar os movimentos. A fixação dos olhos é controlada 
tanto voluntariamente, a partir das regiões corticais pré-motoras, quanto involuntariamente, 
pelas áreas visuais secundárias no córtex visual. O sistema nervoso autônomo também 
influencia os olhos: o simpático causa dilatação da pupila (midríase), enquanto o parassimpático 
causa constrição (miose). A íris é controlada pelo reflexo fotomotor, que faz as pupilas 
contraírem quando expostas à luz.