Qual a relação entre a frequência de uma onda e a energia que ela transporta?

A onda eletromagnética é uma das formas pelas quais a energia se propaga. Esse tipo de onda não precisa de um meio para se propagar e não consegue transportar matéria.

A onda eletromagnética é uma forma de radiação que não precisa de meio para se propagar. Sua velocidade no vácuo tem um valor constante em torno de 3.108 m/s, e essas ondas não transportam matéria, apenas energia.

Existem sete tipos de ondas eletromagnéticas: ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios X e raios gama. Juntas elas formam um espectro de onda eletromagnética que varia com a frequência e o comprimento de cada onda. 

Embora existam diferentes tipos de ondas, as características para cada tipo são iguais, sendo:

• amplitude (intensidade da onda);

• velocidade (rapidez da onda);

• frequência (oscilação da onda);

• comprimento de onda (tamanho da onda).

Todas essas características podem ser combinadas na equação da velocidade de propagação da onda eletromagnética: V = λ.f, em que a velocidade (V) é proporcional ao comprimento de onda (λ) vezes a frequência da onda (f).

Leia também: Ondas mecânicas — ondas que precisam de um meio de propagação

Resumo

• A onda eletromagnética não precisa de um meio para se propagar.

• Sua velocidade no vácuo é constante e igual a 3.108 m/s.

• Existem sete tipos de ondas eletromagnéticas: ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios X e raios gama.

• Toda onda possui amplitude (intensidade da onda), velocidade (rapidez da onda), frequência (oscilação da onda) e comprimento de onda (tamanho da onda).

• Para calcular a velocidade de propagação de uma onda, basta multiplicar o comprimento de onda com a frequência: V = λ.f.

Videoaula sobre ondas eletromagnéticas

O que são ondas eletromagnéticas?

As ondas eletromagnéticas são ondas formadas pela oscilação de um campo elétrico e magnético perpendiculares entre si, o que chamamos de radiação. A propagação da onda eletromagnética ocorre perpendicularmente, formando um ângulo de 90° com os campos. Como a pertubação que gera a onda (verticalmente) e a direção de propagação (horizontalmente) são perpendiculares, caracterizamos essas ondas como transversais.

Essas ondas não podem carregar matéria, porém podem transportar energia, como a térmica e luminosa provenientes do Sol. Assim, não precisam de um meio para se propagar, podendo se propagar no vácuo, inclusive. Elas também sofrem fenômenos ondulatórios, como reflexão, refração, polarização, difração, absorção, interferência e espalhamento.

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Características das ondas eletromagnéticas

Da mesma forma que podemos descrever as pessoas como altas ou baixas, por exemplo, podemos descrever as ondas de acordo com a amplitude, o comprimento de onda, a velocidade de propagação e a frequência.

• Amplitude (A): é a altura que a onda pode alcançar. Em termos físicos, a amplitude nos traz a intensidade da onda. Como temos pontos altos (cristas) e pontos baixos (vales) nas ondas, chamamos esses pontos de amplitude máxima e amplitude mínima, respectivamente, e sua unidade de medida é o metro (m).

• Comprimento de onda (λ): é o espaço que a onda percorre para completar uma oscilação (um ciclo). Essa medida pode ser feita entre dois vales, duas cristas ou entre o começo de uma crista e o final de um vale. Sua unidade de medida é o metro (m).

• Velocidade de propagação (V): é a velocidade da onda no meio. No vácuo, esse valor é maior e constante, igual à velocidade da luz, aproximadamente 3.108 m/s. Sua unidade de medida é o m/s.

• Frequência (f): é a oscilação completa de uma onda. Sua unidade de medida é o hertz (Hz) e ela é calculada por meio do inverso do período (tempo para completar uma oscilação, medido em segundos):

Quando há alteração na frequência de uma onda, seu formato varia da seguinte maneira:

Quais são os tipos de ondas eletromagnéticas?

Os sete tipos de ondas eletromagnéticas existentes são: ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raio-X e raio gama.

Juntas elas formam um espectro de ondas eletromagnéticas, que são classificadas pela sua frequência e seu comprimento de cada.

Quanto maior a frequência, menor será o comprimento de luz e vice-versa. O ser humano consegue apenas enxergar os comprimentos de ondas que fazem parte da luz visível. Tudo abaixo ou acima é invisível aos nossos olhos.

Leia também: Cinco coisas que você precisa saber sobre ondas

Ondas eletromagnéticas no dia a dia

As ondas eletromagnéticas estão presentes no nosso cotidiano mesmo que não consigamos visualizá-las. Vejamos a seguir alguns exemplos.

• Ondas de rádio: são utilizadas na transmissão de sinais de rádio, celular e televisão. Essas ondas possuem uma frequência baixa e um maior comprimento de onda.

• Micro-ondas: são utilizadas em telecomunicações (Wi-fi), radares e em eletrodomésticos. Essas ondas possuem uma frequência maior que as ondas de rádio.

• Infravermelho: são conhecidas como ondas de calor, pois são capazes de aumentar a temperatura de um corpo por meio da radiação térmica. O calor do Sol e de uma fogueira são exemplos dessa radiação. Essas ondas possuem uma frequência um pouco abaixo da luz visível. Algumas cobras, como a píton e as jiboias, conseguem enxergar nessa frequência de onda.

• Luz visível: são as ondas que os olhos humanos podem captar. Essa faixa está entre 700 nm (700.10-9m) e 400 nm (400.10-9m).

• Ultravioleta: são ondas com uma frequência maior que a luz visível. Esse tipo de radiação é chamado de ionizante, pois é capaz de arrancar elétrons, causando danos às moléculas. Esse tipo de onda é utilizado na esterilização de equipamentos e é graças a ele que devemos usar protetor solar.

• Raio X: ondas ionizantes com um poder maior que o da ultravioleta. Essas ondas possuem uma frequência maior e um comprimento de onda bem menor, capaz de atravessar diversos tipos de materiais. São utilizadas em hospitais para exames de imagens de radiografia ou de tomografia.

• Raios gama: são as ondas com maior frequência no espectro, sendo obtidas a partir de reações nucleares ou se originam em estrelas, como o Sol. Esse tipo de radiação possui grande capacidade de ionização.

Equações relacionadas às ondas eletromagnéticas

Para trabalhar com as ondas eletromagnéticas, precisamos saber três características delas: a velocidade de propagação (v), o comprimento de onda (λ) e a frequência (f). Relacionando essas três grandezas, chegamos a esta equação:

Lembrando que podemos obter a frequência por meio do inverso do período (T):

Leia também: Sonar — equipamento que consegue localizar objetos por meio de ondas sonoras

Exercícios resolvidos sobre ondas eletromagnéticas

1. (IF-GO) As ondas são formas de transferência de energia de uma região para outra. Existem ondas mecânicas – que precisam de meios materiais para se propagarem – e ondas eletromagnéticas – que podem se propagar tanto no vácuo como em alguns meios materiais. Sobre ondas, podemos afirmar corretamente que:

a) a energia transferida por uma onda eletromagnética é diretamente proporcional à frequência dessa onda.

b) o som é uma espécie de onda eletromagnética e, por isso, pode ser transmitido de uma antena à outra, como ocorre nas transmissões de TV e rádio.

c) a luz visível é uma onda mecânica que somente se propaga de forma transversal.

d) existem ondas eletromagnéticas que são visíveis aos olhos humanos, como o ultravioleta, o infravermelho e as micro-ondas.

e) o infrassom é uma onda eletromagnética com frequência abaixo da audível.

Resolução

Alternativa A.

• Alternativa A: correta. A partir do espectro eletromagnético, é possível observar que as radiações mais ionizantes, que carregam maior energia, são as radiações que possuem uma frequência (em hertz) maior.

• Alternativa B: incorreta. O som é uma onda mecânica, pois precisa de um meio para se propagar. Um exemplo disso é que uma onda sonora não se propaga no espaço.

• Alternativa C: incorreta. A luz visível é uma onda eletromagnética e, portanto, não precisa de um meio para se propagar. Um exemplo disso é a onda luminosa que vem do Sol e se propaga pelo espaço.

• Alternativa D: incorreta. Existem ondas eletromagnéticas visíveis aos olhos humanos: a luz visível, que está no espectro na faixa de 1015 Hz. Embora a radiação ultravioleta, infravermelho e micro-ondas sejam ondas eletromagnéticas, elas não são visíveis aos olhos humanos.

• Alternativa E: incorreta. Infrassom é uma onda mecânica.

2. (Mackenzie SP/2006) As antenas das emissoras de rádio emitem ondas eletromagnéticas que se propagam na atmosfera com a velocidade da luz (3,0.105 km/s) e com frequências que variam de uma estação para a outra. A rádio CBN emite uma onda de frequência 90,5 MHz e comprimento de onda aproximadamente igual a:

a) 2,8 m

b) 3,3 m

c) 4,2 m

d) 4,9 m

e) 5,2 m

Resolução

Alternativa B.

Primeiro precisamos transformar a notação científica da frequência.

Devemos também organizar a unidade de medida da velocidade da luz, de quilômetros para metros, para não termos problemas no resultado final.

Com a equação da velocidade da onda, conseguimos achar o comprimento de onda:

Como queremos achar o comprimento de onda (λ), precisamos isolá-lo de um lado da equação e substituir os valores:

Qual relação entre a frequência de uma onda é a energia que ela transporta?

Qual a relação das ondas com a energia?

Qual a relação entre a frequência é comprimento de uma onda eletromagnética?

Qual é a relação entre o comprimento de onda é a frequência da energia radiante?