Aula 20 - 25.2 - Instrumentação II. Questões do ENEM sobre ondas eletromagnéticas. Professor Rafael, nesta sexta, 06/2

 

Refazer as questões com explicações das respostas e fazer um resumo detalhado de ambos vídeos. Hoje, 6 de fevereiro, nesta aula 20 da disciplina de Instrumentação II, resolveremos algumas Questões do ENEM sobre ondas eletromagnéticas. UFCG-2025.2-Professor Rafael Rodrigues.

Veja um vídeo da antiga disciplina de instrumentação III do curso de Licenciatura em Física da UFCG, campus Cuité, período letivo 2019.2, ministrada pelo professor Rafael Rodrigues. Ele fala sobre as 4 equações de Maxwell, que descrevem a teoria de unificação do eletromagnetismo: eletricidade, magnetismo e ótica.

Vimos que a Eletrostática estuda os fenômenos elétricos associados a corpos eletrizados fixos com cargas elétricas positivas e negativas.

Neste vídeo o professor Rafael revisa a lei de força elétrica para um par de partículas carregadas, conhecida como lei de Coulomb.

A lei de força elétrica formulada por Coulomb fornece o módulo da força elétrica para um par de partículas carregadas. A direção e o sentido parte da posição das partículas com cargas elétricas.  Ela não vale para corpos eletrizados de dimensões maiores do que uma partícula.

Veja um vídeo da disciplina de Instrumentação II da UFCG-2020.2 tendo questões do ENEM sobre ondas eletromagnéticas. Refazer as questões  sobre a onda de matéria de De Broglie, 

 

Refazer a seguinte questão de onda eletromagnética e concluir..

De Broglie propôs, em sua tese de doutorado, em 1923, que assim como a Luz se propagando se comporta como uma onda e quando interage com a matéria se comporta como se fosse composta de partícula(Fóton),  uma partícula poderia ter um comprimento de onda, dado por 

λ=h/p, 

sendo h=6,626 x 10^-34J.s a constante de Planck tendo a unidade de energia multiplicada pela unidade de tempo o produto da massa vezes a velocidade, denominado de momento linear ou quantidade de movimento, p=mv.

Em síntese a ideia de De Broglie foi  a seguinte. Assim como existe a dualidade onda-partícula para a Luz, na Natureza pode existir uma partícula com as propriedade de interferência e difração, tendo um comprimento de onda igual a  constante de Planck(h) dividida pelo momento linear (p=mv).

Lembre-se de que as propriedades que distingue a onda de partícula são as seguintes:  interferência e difração,

Leia mais

Refazer as Questões de Ondas abaixo.

Questão 51,  sobre ondas eletromagnética. ENEM 2016

Nesse experimento para verificar a natureza ondulatória da radiação de um micro-ondas, anotou-se a frequência de operação de um forno de micro-ondas e, em seguida, retirou-se sua plataforma giratória. no seu lugar foi colocado uma travessa refratária com uma camada de grossa de manteiga. Depois disso, o forno foi ligado por alguns segundos. Ao se retirar a travessa refratária do forno, observou-se que havia 3 pontos de manteiga derretida alinhadas sobre toda a travessa. Parte da onda estacionária gerada dentro do forno é ilustrada n figura. De acordo com a figura, que posições correspondem a dois pontos consecutivos de manteiga derretida?

a) I e III. b) I e V. c) II e III. d)II e IV. d) II e V  

Solução

Os pontos na manteiga derretida ocorrem nos pontos de interferências construtivas das ondas estacionárias dentro do forno de micro-ondas, proporcionando um ganho de amplitude e intensidade. Neste momento, ocorrerá uma transferência de energia à manteiga. Neste caso, vemos três regiões de interferência construtiva, I, III e V. Portanto, os dois pontos consecutivos de manteiga derretida são I e III. Resposta item  a) .

Questão 86,  sobre onda eletromagnética. ENEM 2015.

Solução

Nesta questão usamos a equação fundamental da onda, v=λf, com v sendo a velocidade da onda, λ o comprimento de onda e f a frequência.

Utilizando o valor de v, como sendo  a velocidade da luz no vácuo, v=c=300.000km/s, na faixa de radiação ultravioleta UV-B, podemos calcular os valores de comprimento de onda mínimo e máximo. 

Frequência máxima: f_máx=1,03x 10¹⁵Hz     e   Frequência mínima: f_mín=9,34x 10¹⁴Hz

Como as frequências estão em Hz(hertz), no SI, então devemos  transformar a velocidade da luz para o SI, ou seja, 

c=300.000km/s=3x10⁵x10³m/s= 3x10⁸m/s

λ_mín=c/f_máximo =(3x10⁸)/1,03x 10¹⁵=(3/1,03)x10⁸x10^-15=2,91x10^-7 

=291x10^-9m=291nm

Pois, 1nm =10^-9m.

Analogamente, obtemos: 

λ_máx=c/f_mínimo =(3x10⁸)/9,34x 10¹⁴=321nm.

Portanto,  o espectro de absorção ocorre entre os comprimentos de onda 

λ_mínimo=291nm  e λ_máximo=321nm. Neste caso, a resposta é o item b. No gráfico é a linha pontilhada III.

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Função de onda senoidal: é uma onda periódica.

Considere uma onda se propagando em uma dimensão, ou seja, 

u(x,t)=Asen(kx-ωt),

representa uma onda senoidal se propagando para a direita, com A sendo a amplitude da onda, o comprimento de onda e o vetor-número de onda estão relacionado por, λ=2𝜋/k. Nesta aula, usando a equação de onda unidimensional, demonstramos que  velocidade da onda é v=ω/k. 

Lembre-se que v=λ/T, sendo T o período da onda. A frequência é o inverso do período f=1/T. Neste caso, a equação fundamental da onda, em termos da frequência e do comprimento de onda torna-se:

v= λ f.

(UECE/2017) Considere um forno micro-ondas que opera na frequência de 2,45 GHz. O aparelho produz ondas eletromagnéticas estacionárias no interior do forno. A distância de meio comprimento de onda, em cm, entre nodos do campo elétrico é, aproximadamente

A) 2,45

B) 12

C) 6

D) 4,9

Solução:

Primeiro calculamos o comprimento de onda em centímetros e depois dividimos por dois. Usando a equação fundamental da onda

v= λ f , 

com v = velocidade da onda eletromagnética (3 x 10⁸ m/s)

Note que, a frequência está em GHz e deverá ser usada em Hz (basta multiplicar por 10⁹), isto é,

f=2,45GHz= 2,45 x 10⁹ Hz

Então:

3 x 10⁸ = λ . 2,45 x 10⁹ (no SI)

λ = 3 x 10⁸/ 2,45 x 10⁹

λ ≅1,22 x 10^-1 m

λ ≅ 0,122 m

Complete.

Questão 86,  sobre onda sonora. ENEM 2016-Efeito Dopler.

Resposta comentada no vídeo.

A função de onda para uma onda unidimensional  viajando para a direita com velocidade v, é dada por  u(x,t)=f(x-vt) e para a esquerda, u(x,t)=f(x+vt).

ENEM 2010. As ondas eletromagnéticas, como a luz visível e as ondas de rádio, viajam em linha reta em um meio homogêneo. Então, as ondas de rádio emitidas na região litorânea do Brasil não alcançariam a região amazônica do Brasil por causa da curvatura da Terra. Entretanto sabemos que é possível transmitir ondas de rádio entre essas duas localidades em virtude da ionosfera.

Com a ajuda da ionosfera, a transmissão de ondas planas entre o litoral do Brasil e a região amazônica é possível por meio da:

A) Reflexão

B) Refração

C) Difração

D) Polarização

E) Interferência

Resposta

As ondas eletromagnéticas, emitidas no litoral do Brasil, chegam até a Amazônia após sofrer reflexão na ionosfera. Alternativa correta - A

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