Aula 1 - FBFR - 2015-2

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Física Básica eFísica das

RadiaçõesCurso: Tecnologia em Radiologia

Professor: Esp. Carlos Guedes

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Apresentação da disciplina

• Componente curricular: Física Básica e Física dasRadiações

• Carga horária: ! horas

• "emestre: #$• %ia&'orário: (uinta&)*:!! + ),:!! -arde/ e(uinta&)0:!! 1 ##:!! -2oite/

• 3nter4alo: )5:#! 1 )5:*! -tarde/ e #!:#! 1 #!:*! -noite/

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Avaliações

• 67) 1 -5 pontos + pro4a escrita/ 8 -9 pontos + traalhoem grupo/ 8 -# pontos + simulado/

• 67# 1 - pontos + Pro4a institucional/ 8 -# pontos +simulado/

• 679 1 Pro4a escrita 1 )! pontos

• ;B": "omente será permitido o uso de calculadorascientí<cas. Proiido o uso de aplicati4os em celulares.

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EmentaParte 1 – Energia e termodinâmica• 3ntroduç=o ao estudo das formas de energia.

• ipos de energia

• Conser4aç=o e utili>aç=o da energia.

• Fontes de energia

• Energia radiante e do f?ton• Espectro eletromagn@tico

• emperatura

• EAuilírio t@rmico• Press=o e 4olume

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Ementa• Parte – !ndas• Classi<caç=o e propriedades das ondas.• Fenmenos ondulat?rios• icrondasD infra4ermelhoD radiofreAncia e lu> 4isí4el.

• ;ndas sonoras.• • Parte " – #ptica• Hptica geom@trica• Formaç=o de imagens ao olho humano.

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Ementa• Parte $ – Física das radiações$%1 & 'tomo(• Estrutura atmica e nuclear• 2uclídeos e radioati4idade natural

• %esintegraç=o e eAuilírio radioati4o• Radioati4idade• Elementos radioati4os• %ecaimento e meia+4idas -físicaD iol?gica e efeti4a/

$% & Tipos de radiação(• Radiaç=o corpuscular• Radiaç=o eletromagn@tica• Radiaç=o natural

• Radiaç=o arti<cial

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Ementa

$%" & Raios )(• Produç=o de raios I• Fatores Aue inJuenciam a produç=o de raios I

• EAuipamentos el@tricos emissores de radiaç=o K• %etectores de radiaç=o

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Ementa

• Parte * – +nteração da radiação com a mat,ria• Radiaç=o ioni>ante• ipos de radiaç=o e suas características

• Radiaç=o alfaD Radiaç=o eta e Radiaç=o gama• Raios K de Bremsstrahlung e Raios K característicos• Radiações diretamente ioni>antes e Radiações indiretamente

ioni>antes• Coe<cientes de atenuaç=o LinearD ássicoD Eletrnico e

6tmico• Camada semi+redutora• Espalhamento RaMleigh• Efeito fotoel@trico• Espalhamento homson• Efeito Compton

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Ementa

Parte - – .rande/as e 0nidades ísicas das radiações%• Grande>as radiom@tricas• Fluncia de f?tons

• Ra>=o da Juncia• Fluncia da energia• %ensidade do JuKo da energia• Grande>as dosim@tricas• EKposiç=o• aKa de eKposiç=o• Nerma• Ra>=o Nerma+ar• %ose asor4ida

• aKa de dose

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Biliogra<a

• ). ;NO2;D E. Física das radiações. 1 "=o Paulo:;<cina de teKtosD #!)!.

• #. '6L3%6D %. F0ndamentos de Física% . ed. 7ol *.Rio de Qaneiro: LCD #!!0.

• 9. FERR6R;D 2G. Física 2ásica% 9. ed. "=o Paulo:6tualD #!!0.

• *. ;NO2;D E C6L%6"D 3L C';SD C. Física para3i4ncias Biol5gicas e Biom,dicas% "=o Paulo:'arraD )0T.

• 5. 6OGO";D Q7. 3onceitos Básicos de Física eProteção Radiol5gica. "=o Paulo: 6theneuD #!!.

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!ndas

"empre Aue se fala em ondasDlemramo+nos das ondas do mar.

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!ndas

• EKistem muitas outras ondas nanature>a. ; somD por eKemploD @transmitido de um lugar paraoutro por ondas sonoras.

• 6 lu> tam@m 4iaUa como umaonda.

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Om dos espetáculos maisfamosos e incrí4eisdurante as competiçõesesporti4as @ a VolaW da

torcida.

!ndas7isto de longeD a impress=o @ Aue a massa humana se mo4e toda

para um lado das arAuiancadas. as saemos Aue isso n=o @ 4erdade:

cada torcedor se mo4e na direç=o 4erticalD e apenas Auando recee oXsinalYD cada integrante da torcida responde Z perturaç=o eD por assimdi>erD XoscilaY em torno de sua posiç=o de eAuilírioD de modo Aue o Auese desloca na arAuiancada n=o s=o os torcedoresD mas o sinal ouperturaç=o.

Paul G. Hewitt. Física Conceitual, 9ª Edição.

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V;ndaW num estádio de futeol

• 6 energia @ transmitida ao longo do estádio masas pessoas permanecem nos mesmos lugares-apenas se le4antam e tornam a sentar/.

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!ndas6ssim como as VolasWD as ;ndass=o perturações Aue se propagam

em um meio. 2a propagaç=o6PE26" 6 E2ERG36 [

R62"P;R6%6D n=o ha4endo

transporte de mat@ria.

3magem: 6utor desconhecido & %isponiili>ado por.arunprasad & G2O Free %ocumentation License

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;ndas e Energia

• (uando o aterista percute o címaloD este 4ira.

• 6 energia @ transferida para as mol@culas de ar circundantes.; som chega aos teus ou4idos porAue as mol@culas do ar4iram.

• 6s mol@culas de ar n=o se mo4em do címalo para os teusou4idos. Elas apenas 4iram e transmitem essa 4iraç=o Zs

mol@culas 4i>inhas.

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;ndas e energia

• Oma !67A @ a propagaç=o de uma perturaç=o.

• Transporta energia mas não mat,ria%

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As ondas no

cotidiano6s ondas est=o sempre presentes nos mais di4ersos fenmenos e situações docotidiano.

; reJeKo de umapaisagem.

Omaradiogra<a.

; som de um4iol=o.

3magem: eanos & Creati4eCommons 6ttriution+"hare 6li\e #.5Generic

3magem: iguel9!9Km & Creati4eCommons 6ttriution+"hare 6li\e #.5Generic

3magem: 2e4it %ilmen & G2O Free%ocumentation License

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6at0re/a das

!ndasAs Ondas podem ter natureza Mecânica ou Eletromagnética

!ndas 8ecânicas( ;ndas Aue necessitam de um meio materialpara se propagarem. Resultam de deformações pro4ocadas em meios

elásticos. ransportam apenas energia mec]nica.E9%( !ndas em cordas: ondas na s0perície de 0m lí;0ido: ondas sonoras: ondassísmicas: etc%

3magem: 6utor CN+)# Foundation & Creati4e

Commons 6ttriution+"hare 6li\e 9.!Onported

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6at0re/a das

!ndas!ndas Eletromagn,ticas( ;ndas Aue 6<! necessitam de ummeio material para se propagarem. Resultam de 4irações de cargasel@tricas. ransportam VpacotesW de energia Aue s=o os Fótons ouQuanta de energia.E9%( !ndas l0minosas =l0/>: ondas de rádio o0 de T?: micro&ondas: raios ): etc%

3magem: 6utor Philip Ronan & Creati4e

Commons 6ttriution+"hare 6li\e 9.! Onported

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Classi<caç=o das ;2%6" Auanto Zsua nature>a.

• !ndas Electromagn,ticas( propagam+se tanto no 4a>iocomo num meio material.

EK. ;ndas de rádioD lu> 4isí4elDmicroondasD 37DO7...

Propagam+se no 4a>io Zmesma 4elocidade: 9!! !!!\m&s

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Tipos de !ndas!ndas @nidimensionais( (uando sepropagam numa s? direç=o -umadimens=o + )d/.

E9%( om se propagando n0ma lina: ondas em0ma corda: etc%

!ndas Bidimensionais( (uando sepropagam ao longo de um plano -duasdimensões 1 #d/.E9%( !ndas na s0perície daág0a%

3magem: 6utor Roger cLassus & G2O Free%ocumentation Licens

3magem: 6utor CN+)# Foundation & Creati4eCommons 6ttriution+"hare 6li\e 9.!Onported

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Tipos de !ndas!ndas Tridimensionais( (uando se propagam em todas asdireções -trs dimensões 1 9d/.E9%( !ndas ísmicas: ondas sonoras =!8> no ar: etc%

epicentro

foco

falhaondas

3magem: 6utor %ollMnara\ & Pulicdomain.

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3lassiCcação das

!ndas!ndas Transversais( ;ndas em Aue a direç=o de 4iraç=o @PERPE67+3@DAR Z de propagaç=o.

!ndas Dongit0dinais( ;ndas em Aue a direç=o de 4iraç=o @ a8E8A Aue a de propagaç=o.

E9%( !ndas em 0ma corda: ondas eletromagn,ticas: a ola comentadano início da a0la: etc%

E9%( !ndas sonoras =om>: onda em 0ma mola vertical s0stentando 0mpeso: etc%

%ireç=o de4iraç=o

Propagaç=o

%ireç=o de4ira =o

Propagaç=o

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Classi<caç=o das ondas Auanto Z direcç=o de 4iraç=o:

• "e sacudirmos para cima e para aiKo as missangas de umcolar...

• Em Aue sentido se mo4e cada uma das missangas^a/ %a esAuerda para a direita

/ %e aiKo para cima•) Em Aue sentido @ transferida a energia^

a/ %a esAuerda para a direita

/ %e aiKo para cima

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;2%6" R62"7ER"63"

• 6 perturaç=o dá+se na direcção perpendic0larG da propagação da ondaH

• EKemplo: a onda Aue 4iaUa ao longo de uma cordaAuando @ agitada numa das eKtremidades -a onda4iaUa mas a corda n=o sai da nossa m=o/.

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;2%6" R62"7ER"63"

• Oma onda num estádio de futeol @ um eKemplo de umaonda transversal pois o mo4imento das partículas -aspessoas/ fa>+se perpendic0larmente Z direcç=o depropagaç=o da onda.

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;2%6" L;2G3O%3263"

• "e comprimirmos a mola...

• 6s espiras da mola mo4em+se na mesma direcç=o da propagaç=o daonda^

• im• 6ão

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;2%6" L;2G3O%3263"

• 6 perturaç=o dá+se na direcção da propagação da onda%

Som: onda longitudinal

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"om: onda longitudinal

• ; som @ uma onda longit0dinal pois aspartículas deslocam+se para a frente e para trás-passando pela posiç=o de eAuilírio/D na direcç=oda onda Aue se propaga.

Moléculas de ar Altifalante Ouvido

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E as ondas na água^ "=o trans4ersaisou longitudinais^

• "e prestares atenç=oD 4eri<cas AueD Z medidaAue a onda progride na águaD as partículasreali>am mo4imentos circulares no sentido dos

ponteiros do rel?gio.

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Resumindo:• 6s ondas podem ser:

• !ndas mecânicas + necessitam de um meio material parase propagarem.

• !ndas electromagn,ticas + propagam+se tanto no 4a>iocomo num meio material.

• !ndas transversais + 6 perturaç=o dá+se na direcç=operpendicular Z da propagaç=o da onda.

• !ndas longit0dinais + 6 perturaç=o dá+se na direcç=o dapropagaç=o da onda.

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Características das ondasOma onda sonoraD ou AualAuer outra ondaD @

descrita pelas seguintes características físicas:

• 6mplitudeD 6

• FreAunciaD f

• Comprimento de ondaD λ

• 7elocidadeD 4

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6 amplit0de -6/ da onda @ o 4alor máKimo deafastamento em relaç=o Z posiç=o de eAuilírio.

Amplitude

Amplitude

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6mplitude

Amplitude grande

Amplitude pequena

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(ualidade Aue permitediferenciar um som forte deum som fraco.

!2s%: 6 intensidade do somestá relacionada com aenergia Aue a onda transfere

e com a amplitude da onda.Om som demaior

4olume

Oma onda sonorade maior

amplitude.

aior transporte deenergia pela onda

Som de maior

Intensidade do Somom orte

omraco

6 m p l i t u d e

empo

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Frequência

PERÍODO (T) – intervalo de tempo entre a emissão de doispulsos; só depende do período de oscilação da fonte emissora.É o tempo de um ciclo completo. (Unidade S! se"undo#

FREQUÊNC! (") # n$mero de oscila%&es por unidade

de tempo. $epende da frequência da fonte emissora.

(Unidade S! %& ou s'#

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FreAuncia

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A Frequência do Som

+nrassom: sons com freAuncias aaiKo de #! '>.

@ltrassom: sons com freAuncias acima de #! N'>.

om a0dível: sons com freAuncias perceptí4eis ao serhumano -#! '> a #! N'>/.

Espectro "onoro

#! !!!#! freAuncia

Oltra+sons"ons audí4eisinfra+sons

"onsmusicais

"onsdesagra+dá4eis 5

! !

!

3magens:-aranha/ 6utor UohnnM automatic & CC0 1.0 Unie!sal Pu"lic #o$ain #edication% -orelha/ 6utor %a4idBenennic\ & G2O Free %ocumentation License -morcego/ 6utor EaMchatter! & Creati4e Commons CC! ).! Oni4ersalPulic %omain %edication.

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Lembre: Sendo o som uma ondamecânica ela n!o pode se propagar no"#cuo$

%ara re&letir um pouco: As e'plos(es no espa)o s!osempre mostradas nos cinemas acompan*adas degrandes estrondos+ Isso acontece realmente, Ouse-a é poss."el ou"ir o som de uma e'plos!o no

espa)o,

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3omprimento de onda -_ ` lamda/ – dist]ncia entre doispontos com o mesmo afastamento em relaç=o Z posiç=o de

eAuilírio. [ a distância ;0e a onda avança ao Cm de 0m

período -depende do meio de propagaç=o/.

Comprimento de onda

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3!8PR+8E6T! 7E !67A

6 representaç=omatemática @

atra4@s do símolo

_

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Comprimento de onda

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Grá<co do deslocamento em funç=o do tempo

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7elocidade de propagaç=o

Velocidade (m/s)

Comprimento de onda (m)

Período (s)

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6plicaç=o

• (ual @ a freAuncia de uma onda Aue se propaga em um líAuidoDcom 4elocidade de m?dulo )! cm&sD saendo+se Aue o seucomprimento de onda @ # cm^

• ;ndas sonoras propagam+se no ar com 4elocidade de m?duloigual a 9.9 )!# m&s. Om som audí4el tem freAuncia de 5 \'>.

(ual o comprimento de onda desta onda^• ; m?dulo da 4elocidade de uma onda eletromagn@tica no 4ácuo@ de 9K)! m&s e o m?dulo de sua 4elocidade no ar pode serconsiderado o mesmo. Oma emissora de rádio transmite comuma freAuncia de )!!'> -megahert>/. (ual o 4aloraproKimado do comprimento de ondaD no arD das ondas emitidas.

• Om raio tem comprimento de onda igual a ) no 4ácuo. (ual @sua freAuncia^ -)`)!+ )!m/

• ; comprimento de onda de uma lu> monocromáticaD no 4ácuoD @5D5K)!9. (ual @ a freAuncia desta lu>^

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FenImenos ond0lat5rios

As ondas ;0e se propagam n0m meiomaterial J2atemJ em o2stác0los e

JvoltamJ para esse mesmo meio sem

sorer perdas consideráveis de

ReKe9ão

6Y6

ostáculo

ondas reJetidas

o n d a

s

i n c i d e n t

e s

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FenImenos

ond0lat5rios

L0ando a !nda passa de 0mmeio para o0tro compropriedades distintas:

m0dando s0a velocidade depropagação e comprimentode onda: mas mantendoconstante s0a re;04ncia:

sore 7E?+!%

Reração

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FenImenos

ond0lat5rios7iração3apacidade ;0e asondas t4m decontornaro2stác0los ;0eposs0em a mesmaordem de grande/ade se0 comprimento

de onda:

3magem: 6utor Bara\ittM & G2O Free %ocumentation License

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FenImenos

ond0lat5rios

Polari/ar 0ma onda signiCca!R+E6T'&DA em 0ma Mnica direção o0

plano%!B%( A Polari/ação s5 ocorre com !ndas

TransversaisN

Polari/aç

ão3magem: Efeito de um <ltro polari>ador em uma fotogra<a. 6 Foto da direita utili>a o<ltro & Piccolo2ame\ & G2O Free %ocumentation License

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FenImenos

ond0lat5rios

L0ando d0as o0 mais ondas ;0e sepropagam n0m meio se s0perpõem:

avendo 0ma soma de s0as

+nterer4ncia

3magem: 6utor "a\uramo & Pulic domain

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1% L0ando ocorre o encontro de d0as cristas:am2as a0mentam s0a amplit0de%

% L0ando dois vales se encontram s0a

amplit0de , ig0almente a0mentada e os doisa2ai9am na;0ele ponto%

"% L0ando 0m vale e 0macrista se encontram: am2os

irão ;0erer p09ar cadaelevação para o se0 lado%e as amplit0des oremig0ais: elas se cancelam =A

O >% e dierentes: elas se

+nterer4ncia

8 `

8 `

8 `

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Espectro

eletromagn,tico

EKercícios

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EKercícios

). Por Aue @ impossí4el ou4irmosD aAui na terraD umaeKplos=o solar^

#. (uando uma onda se propaga de um local paraoutroD necessariamente ocorre mo4imento demat@ria^

9. %as seguintes ondas: infra4ermelhaD radiaç=ogamaD ondas luminosasD ondas de rádio e ultra+somDAual delas n=o @ onda eletromagn@tica^

*. Oma onda mec]nica @ dita trans4ersal se as

partículas do meio 4iram em Aual direç=o emrelaç=o ao deslocamento da onda^5. Cite * grande>as associadas ao ondas^

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