Física Ondas

Instituto Federal do Amapá Campus Macapá Curso Superior de Licenciatura em Física Componente Curricular Física IV Período 20251 Prof Cássio Renato Santos 1 Descreva a o que é uma onda eletromagnética b como uma onda deste tipo é gerada c a diferença entre onda eletromagnética e onda mecânica 2 Descreva o que é o espectro eletromagnético e como as ondas que compõem o espectro se diferenciam 3 a Como ondas eletromagnética interagem com a matéria b O que é radiação ionizante c Quais tipos de ondas eletromagnéticas são nocivas aos seres vivos O que diferencia as ondas eletromagnéticas que não são nocivas das que são 4 Explique como podemos determinar a direção de propagação de uma onda eletromagnética se medirmos o campo elétrico e o campo magnético em um ponto do espaço onde a onda se propaga 5 Dê exemplos de ondas eletromagnéticas encontradas em nossa vida diária O que existe de semelhante entre elas Quais as diferenças 6 O feixe de um holofote pode possuir um campo elétrico com módulo igual a 1000 Vm correspondendo a uma diferença de potencial de 1500 V entre a cabeça e os pés de uma pessoa com altura de 150 m sobre a qual o feixe incide Isso provoca um choque elétrico forte sobre a pessoa Por quê 7 Há duas categorias de raio ultravioleta O ultravioleta A UVA possui um comprimento de onda que varia de 320 nm a 400 nm Ele não é tão prejudicial à pele e é necessário para a produção de vitamina D O UVB com comprimento e onda entre 280 nm e 320 nm é muito mais perigoso porque causa câncer de pele a Determine as faixas de frequência de UVA e UVB b Quais são as faixas dos números de onda de UVA e UVB 8 Uma onda eletromagnética de comprimento de onda igual a 435 nm se desloca no vácuo no sentido 𝑧 O campo elétrico é paralelo ao eixo 𝑂𝑥 e possui amplitude de 270 x 103 Vm a Calcule o valor da frequência e da amplitude do campo magnético b Escreva as equações vetoriais para 𝐸 𝑧 𝑡 e 𝐵 𝑧 𝑡 9 Uma onda eletromagnética possui campo magnético dado por 𝐵 𝑥 𝑡 825 𝑥 109 𝑇𝑗 cos138 𝑥 104 𝑟𝑎𝑑𝑚𝑥 𝜔𝑡 a Em que sentido e direção a onda eletromagnética está se propagando b Qual é a frequência 𝑓 da onda c Escreva a equação vetorial para 𝐸 𝑥 𝑡 10 Em uma região do espaço livre da presença de cargas e correntes elétricas ao definir que os campos elétrico e magnético dependem somente de uma única coordenada espacial e do tempo as equações de Maxwell fornecem dois sistemas independentes sendo um deles formado pelas equações 𝐵𝑥 𝑧 𝜇0𝜀0 𝐸𝑦 𝑡 e 𝐸𝑦 𝑧 𝐵𝑥 𝑡 a Com base nas coordenadas de 𝐸 e 𝐵 apresentadas nas equações podese afirmar que os campos dependem de qual coordenada espacial Justifique Dica não é a coordenada 𝑥 b Reescreva as equações caso os campos dependessem da coordenada 𝑥 e do tempo c Mostre que as equações dadas no enunciado satisfazem a equação geral de uma onda unidimensional e que a velocidade de propagação 𝑐 desta onda é dada por 𝑐 1 𝜇0𝜀0 d Calcule o valor de 𝑐 e explique por que Maxwell conclui que a luz deveria ser uma onda eletromagnética 11 Considere a direção e o sentido do campo magnético e do campo elétrico indicados a seguir Para cada caso quais são a direção e o sentido de propagação da onda a 𝐸 na direção 𝑥 𝐵 na direção 𝑦 b 𝐸 na direção 𝑦 𝐵 na direção𝑥 c 𝐸 na direção 𝑧 𝐵 na direção 𝑥 d 𝐸 na direção 𝑦 𝐵 na direção 𝑧 12 Considere a direção e o sentido do campo magnético e campo elétrico indicados a seguir Para cada caso quais são a direção e o sentido de propagação da onda eletromagnética a 𝐸 𝐸î 𝐵 𝐵𝑗 b 𝐸 𝐸𝑗 𝐵 𝐵𝑖 c 𝐸 𝐸𝑘 𝐵 𝐵𝑖 d 𝐸 𝐸𝑖 𝐵 𝐵𝑘 13 Sabendo que a intensidade de uma onda senoidal no vácuo 𝐼 é igual ao valor médio do módulo do vetor de Poynting 𝑆𝑚é𝑑 temos 𝐼 𝐸𝑚á𝑥𝐵𝑚á𝑥 2𝜇0 Usando as relações 𝐸𝑚á𝑥 𝐵𝑚á𝑥𝑐 e 𝜀0𝜇0 1𝑐2 mostre que a 𝐼 𝐸𝑚á𝑥 2 2𝜇0𝑐 b 𝐼 1 2 𝜀0 𝜇0 𝐸𝑚á𝑥 2 c 𝐼 1 2 𝜀0𝑐𝐸𝑚á𝑥 2 14 Considere uma onda eletromagnética senoidal tal que os campos sejam dados pelas equações 𝐸 𝐸𝑚á𝑥𝑗 cos𝑘𝑥 𝜔𝑡 e 𝐵 𝐵𝑚á𝑥𝑘 cos𝑘𝑥 𝜔𝑡 𝜙 com 𝜋 𝜙 𝜋 Mostre que se 𝐸 e 𝐵 satisfazem as equações 𝐸𝑦𝑥𝑡 𝑥 𝐵𝑧𝑥𝑡 𝑡 e 𝐵𝑧𝑥𝑡 𝑥 𝜀0𝜇0 𝐸𝑦𝑥𝑡 𝑡 então concluímos que 𝐸𝑚á𝑥 𝑐𝐵𝑚á𝑥 e 𝜙 0 indica que os campos 𝐸 e 𝐵 oscilam em fase