Teoria Ondulatória e Aplicações

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FÍSICA:ONDULATÓRIA E ÓPTICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Olá! 
Neste módulo, estudaremos a importância fundamental da luz, que é uma 
forma de radiação eletromagnética, em diversas aplicações tecnológicas e 
científicas. Um exemplo notável é o uso de fibras ópticas no setor de 
telecomunicações, onde a transmissão de informações em alta velocidade é 
possibilitada pela propagação de ondas luminosas. Essas fibras são feitas de 
materiais com alto índice de refração, o que permite a reflexão interna total da luz, 
garantindo sua alta eficiência na transmissão de dados. 
Além disso, a luz solar, também uma onda eletromagnética, é aproveitada 
na geração de energia elétrica por meio de painéis fotovoltaicos, destacando-se 
como uma fonte renovável promissora. A contínua evolução dessas aplicações não 
só evidencia o potencial da teoria ondulatória, mas também reforça seu papel na 
inovação tecnológica contemporânea. 
 
Bons estudos! 
AULA 08 – 
TEORIA 
ONDULATÓRIA: 
APLICAÇÕES NA 
TECNOLOGIA E 
CIÊNCIA MODERNA 
 
 
 
8 APLICAÇÃO DA TEORIA ONDULATÓRIA NO USO DE FIBRAS 
O setor de telecomunicações encontra-se em evidência, considerando que a 
geração, transmissão e entrega de energia e informações ao consumidor envolvem 
uma logística que necessita de constante aprimoramento. Esse aprimoramento é 
essencial para oferecer produtos de melhor qualidade, a custos mais baixos e com 
maior diversidade. Nessa área, o uso de fibras ópticas vem se mostrando 
revolucionário, uma vez que elas permitem a transmissão de informação com alta 
velocidade (QUEVEDO; QUEVEDO-LODI, 2010). São amplamente utilizadas, por 
exemplo, em dispositivos da área da saúde para visualizar imagens do interior do 
corpo humano. 
A Figura 1 ilustra um exemplo de fibra óptica, que consiste em um tubo cilíndrico 
de vidro. Suas dimensões de diâmetro são muito pequenas e, conforme a aplicação, 
possuem comprimentos variáveis. Fibras ópticas são materiais com elevado índice de 
refração, apresentando uma camada refletora com índice de refração 
significativamente menor, uma camada polimérica de isolamento, um cabo metálico 
para reforço estrutural e, finalmente, uma cobertura polimérica de revestimento para 
proteção (HALLIDAY; RESNICK; WALKER, 2012). 
Figura 1- Fibra óptica emitindo ondas eletromagnéticas 
Fonte: PGTECH (c2018, documento on-line). 
O fenômeno observado em uma fibra óptica é a reflexão total da onda luminosa, 
que ocorre devido aos diferentes índices de refração de dois meios distintos, através 
 
 
dos quais a luz poderia passar (YOUNG; FREEDMAN, 2015). 
Aplicação da teoria ondulatória no uso de microscópios ópticos 
Na concepção da palavra, um microscópio é um instrumento óptico cuja função 
é ampliar imagens de objetos de dimensões ínfimas, graças ao seu alto poder de 
resolução. A diversificação desse instrumento está na quantidade de lentes que pode 
possuir (uma, duas ou mais), o que o classifica como simples ou composto (EISBERG; 
RESNICK, 1983). 
No microscópio, a ampliação é realizada por um conjunto de lentes de vidro (ou 
cristal) e uma fonte de luz. Deve haver um jogo de lentes (objetiva e ocular) colocadas 
nas extremidades de um tubo (canhão) (HALLIDAY; RESNICK; WALKER, 2012). No 
microscópio, o fenômeno óptico que ocorre é a refração da luz, que se manifesta 
quando a luz branca atravessa uma superfície. 
A Figura 2 ilustra como o feixe de luz pode interagir com uma lente. 
Figura 2- Convergência e divergência em lentes ao serem atravessadas por um 
feixe de luz 
Fonte: Lira (c2006-2020, documento on-line) 
Aplicação da teoria ondulatória na geração de energia elétrica 
A luz solar também é classificada como uma onda eletromagnética na forma de 
luz. A energia solar possui diversas aplicações, uma das quais é a geração de energia 
elétrica a partir de um dispositivo que recebe a radiação solar e a converte em outra 
forma de energia. 
A Figura 3 exibe um exemplo de geração de energia elétrica a partir da 
recepção onda eletromagnética advinda do sol na forma de luz. O processo de 
 
 
geração de energia elétrica ocorre com a incidência de luz sobre o painel fotovoltaico, 
de material semicondutor e sobre o qual é estabelecida uma diferença de potencial, 
gerando corrente elétrica (HALLIDAY; RESNICK; WALKER, 2012). 
Figura 3 - Geração de energia elétrica a partir da incidência de luz solar sobre um 
painel fotovoltaico 
Fonte: Centrais Eléctricas (c2011, documento on-line). 
No setor energético, a luz solar se destaca como uma fonte altamente 
aproveitável e promissora, com diversas aplicações. Trata-se de uma forma de 
geração de energia limpa, que pode ser utilizada na produção de eletricidade, no 
aquecimento de líquidos, em áreas rurais e em outros projetos. 
 
Aplicação da teoria ondulatória em laser 
A palavra laser significa "light amplification by stimulated emission of radiation" 
(amplificação da luz por emissão estimulada de radiação). O laser é um dispositivo 
 
 
que produz radiação eletromagnética (luz) com a característica de ser monocromática, 
ou seja, possui apenas um comprimento de onda muito bem definido 
(NUSSENZVEIG, 2014). No laser, a radiação monocromática também é descrita como 
coerente, o que significa que todos os fótons emitidos estão em fase. Além disso, o 
feixe é colimado, o que indica que ele se propaga de forma paralela. 
O princípio físico de funcionamento de um laser é que sua energia decai e há 
a emissão de fótons coerentes, com ondas luminosas em fase (EISBERG; RESNICK, 
1983). O feixe de luz de um laser possui difração limitada. Em suas investigações, 
Albert Einstein descobriu não somente que um elétron é capaz de absorver um fóton 
(uma partícula luminosa) incidente e reemiti-lo após certo tempo, mas que esse 
mesmo elétron é capaz de reemitir o fóton absorvido caso um segundo fóton interaja 
com ele (HALLIDAY; RESNICK; WALKER, 2012). O fóton reemitido, no entanto, deve 
ter o mesmo comprimento de onda e a mesma fase que o fóton que produziu o 
estímulo. 
Para exemplificar o princípio de funcionamento de um laser e como a luz é 
emitida por ele, a Figura 4 mostra como a luz se propaga nesse dispositivo de forma 
colimada, coerente e em fase. 
Figura 4 - Tipos de laser com feixes vermelho, verde e azul, todos colimados, 
coerentes e com o feixe em fase 
Fonte: https://shre.ink/Duov 
 
 
Existem muitas outras aplicações de radiação eletromagnética na forma de 
radiação luminosa. A elaboração da teoria ondulatória trouxe muitos avanços na 
ciência. Com a descoberta da onda eletromagnética, muitas aplicações foram 
possíveis. 
Com base nos estudos sobre a luz, verificou-se que a teoria corpuscular da luz 
muito contribuiu para os avanços que se seguiram até chegar na teoria ondulatória e, 
por fim, à dualidade partícula-onda. Neste módulo, vimos a descrição das teorias 
corpuscular e ondulatória da luz e o comportamento da radiação eletromagnética com 
base nas duas teorias. De início, a luz foi tomada como partícula e, com o avanço da 
ciência, concluiu-se que se tratava de uma onda. Ao se diferenciar ambos os modelos, 
mostrou-se que a luz apresentava características de matéria e de onda, o que, mais 
tarde, levou os cientistas a concluírem que existe a dualidade partícula-onda da luz. 
Ecrãs 
 Hoje, muita da tecnologia que nos rodeia usa como interface um ecrã, 
permitindo assim que haja interação entre o utilizador e a “máquina”. Esta interação 
pode ser apenas visual ou por meio do tato. Exemplos destes dispositivos são as 
televisões, os ecrãs dos computadores, os smartphones, os tablets, ou até mesmo os 
mostradores de micro-ondas, de um relógio digital, entre outros. Existem vários tipos 
de ecrãs, tais como os do tipo CRT (tubo de raios catódicos), LCD (ecrã de cristais 
líquidos), plasma, outros baseados em LED (díodo emissor de luz), entre outros. Os 
CRTforam os primeiros a surgir, tornando-se comerciais em 1922. 
O seu funcionamento baseia-se num canhão de electrões em disparado numa 
tela fluorescente, que permite assim a formação de imagens.No caso dos LCD e dos 
plasmas, ambos se baseiam em duas lâminas entre as quais há um cristal líquido ou 
um gás, respectivamente. Entretanto, quando estimulados eletricamente, estes meios 
reagem e, em conjunto com outros mecanismos, ocorre a formação de imagens. 
Relativamente aos ecrãs OLED, estes apareceram no mercado mais recentemente e 
são energeticamente mais eficientes do que os LCD. 
Neste caso, para que haja a criação de imagem, existe uma camada 
semicondutora composta por moléculas orgânicas que funciona como meio ativo. 
Para além da enorme variedade de ecrãs, existe ainda tecnologia que permite que 
visualizemos a imagem em três dimensões, o que é normalmente conseguido com a 
ajuda de uns óculos apropriados baseados em efeitos de polarização. 
 
 
Saúde e Medicina 
A luz tem também tido um papel revolucionário no âmbito da medicina e da 
bioquímica. Esta tem sido usada como instrumento de diagnóstico (estudo) e de 
tratamento de doenças. 
Alguns dos pontos mais relevantes nesta área são: a microscopia de alta 
resolução, permitindo fazer imagens de células à escala nanométrica; espectroscopia, 
onde novas formas de absorção e fluorescência permitem perceber como certas 
reações químicas e moleculares ocorrem ao nível celular; tomografia de difusão, no 
qual, por exemplo, o corpo humano pode ser iluminado, e a luz difundida é depois 
recolhida e as suas propriedades correlacionadas com as características do corpo 
humano, permitindo assim perceber se existe alguma anomalia, nomeadamente um 
tumor; na optogenética a luz é utilizada para controlar células vivas, normalmente 
neurônios, que foram alterados para que responderem a estímulos luminosos. 
Energia 
À medida que as energias não renováveis se tornam cada vez mais escassas 
e a poluição atmosférica aumenta drasticamente, o uso da luz solar como fonte de 
energia renovável é essencial e benéfico para todos. 
Os raios solares são convertíveis em energia por meio de painéis térmicos e 
fotovoltaicos.Os painéis térmicos são utilizados para converter a luz solar em energia 
térmica, permitindo, por exemplo, o aquecimento da água. Já os painéis fotovoltaicos 
transformam a energia solar em eletricidade através das células fotovoltaicas. O 
grande desafio atual é aumentar a eficiência desses conversores de luz em 
eletricidade, pois os sistemas comerciais ainda apresentam uma eficiência de apenas 
20% a 30%. 
 
Astronomia 
Desde sempre, a luz tem sido a portadora da informação das partes mais 
longínquas do cosmos. A descoberta e o desenvolvimento do telescópio permitiram 
uma rápida aceleração dos conhecimentos astronômicos e a confirmação e aplicação 
de fenômenos ópticos e físicos fundamentais, tais como o efeito Doppler, o desvio de 
frequência gravitacional e a decomposição espectral. Esta última permitiu aos 
astrônomos determinar com grande precisão a composição de objetos astronômicos, 
 
 
assim como as condições físicas neles reinantes. Estes desenvolvimentos deram 
origem à astrofísica, e no seio desta a teoria da evolução estelar, à astronomia 
extragaláctica e eventualmente à cosmologia observacional (Figura 5). 
Figura 5 - Telescópio Yepun: formação de uma estrela artificial que é usada como 
referência para corrigir os efeitos da atmosfera e dos espelhos do telescópio na 
captação de imagens 
Fonte: https://shre.ink/DhpV 
Mais recentemente, instrumentos de grande sensibilidade permitem detectar 
minúsculas variações de luminosidade das estrelas, levando, por exemplo, à detecção 
de planetas extrassolares. 
O ano de 2015, eleito como o Ano Internacional da Luz, marca um período de 
eventos e atividades que pretendem enfatizar a sua importância, não só como 
fenômeno, mas também como elemento tecnológico. Atualmente, seria irrealizável 
imaginar o nosso mundo sem o domínio que o ser humano detém sobre a luz e como 
a aplica. 
Algumas das tecnologias emergentes mais importantes para a pesquisa 
científica contemporânea não são discutidas neste módulo. Por exemplo, os 
computadores quânticos desenvolvidos por corporações como IBM e Google estão 
transformando o processamento de dados. Além disso, telescópios mais sofisticados, 
como o telescópio espacial James Webb, melhoram nossas habilidades de 
observação no infravermelho distante. Novas perspectivas sobre eventos cósmicos 
 
 
são fornecidas por interferômetros de alta precisão, como os utilizados pelo LIGO para 
identificar ondas gravitacionais. 
No campo da investigação biomédica, técnicas inovadoras de microscopia, 
como STED e PALM, permitem observações detalhadas em nível celular. Essas 
tecnologias emergentes sublinham a importância fundamental da luz no avanço 
científico contemporâneo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
EISBERG, R. M.; RESNICK, R. Física quântica: átomos, moléculas, sólidos, núcleos 
e partículas. 2. ed. Rio de Janeiro: Campus, 1983. 
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de física. 9. ed. Rio de 
Janeiro: LTC, 2012. 
LIRA, J. C. L. Vergência. [S. l.]: InfoEscola, c2006-2020. Disponível em: 
https://shre.ink/DhrK. Acesso em: 27 jun. 2024. 
NUSSENZVEIG, H. M. Curso de física básica. 5. ed. São Paulo: Blucher, 2014. 
PGTECH. Telecomunicação. Praia Grande: PGTECH, c2018. Disponível em: 
https://shre.ink/DhrR. Acesso em: 27 jun. 2024. 
QUEVEDO, C. P.; QUEVEDO-LODI, C. Ondas eletromagnéticas: 
eletromagnetismo, aterramento, antenas, guias, radar, ionosfera. São Paulo: Pearson 
Prentice Hall, 2010. 
YOUNG, H. D.; FREEDMAN, R. A. Física IV: óptica e física moderna. 12. ed. São 
Paulo: Pearson, 2015. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
	8 APLICAÇÃO DA TEORIA ONDULATÓRIA NO USO DE FIBRAS
	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS