Ficha de trabalho nº 6

Física e Química A – Ano 2

Curso Científico - Humanístico de Ciências e Tecnologias

Comunicações: Comunicações a longas distâncias

Ano Lectivo 2009/2010 Almira Moura/Catarina Santos

ESCOLA SECUNDÁRIA DA QUINTA DAS FLORES

Ficha de Trabalho nº 6

NOME: ____________________________________________________________ 11.º Ano Turma __ N.º ___

1. Na figura estão representadas 3 direcções e sentidos de propagação de uma onda

sinusoidal de frequência 50 Hz (onda incidente, reflectida e transmitida). As linhas perpendiculares a essa direcção representam, num dado instante, as posições dos máximos de amplitude da onda sinusoidal (cristas da onda). A distância entre dois máximos consecutivos da onda reflectida é de 80 mm e na onda transmitida é de 60 mm.

a. Explique por que razão na onda transmitida as cristas da onda estão

mais perto umas das outras. b. Qual o espaçamento de dois máximos consecutivos na onda incidente?

c. Calcule a velocidade de propagação das ondas incidente, reflectida e transmitida.

d. Calcule o índice de refracção do meio 2 em relação ao meio 1.

2. Considere uma lâmina transparente de faces paralelas de espessura 1,0 cm.

Um feixe de luz LASER incide sobre uma das faces da lâmina. O trajecto do raio luminoso e o traço da lâmina estão representados na figura.

Mediu-se = 30° e cmAB 70,0 .

a. Qual o ângulo de incidência da luz? b. Calcule o ângulo de refracção quando o feixe passa do ar para

o interior da lâmina. c. Calcule o índice de refracção do material de que é feita a

lâmina.

d. Qual o ângulo β que o feixe refractado faz com a normal à

superfície da lâmina, à saída desta? 3. Nas comunicações a longas distâncias, a informação é transmitida através de radiações electromagnéticas que

se propagam, no vazio, à velocidade da luz. 3.1. Um dos suportes mais eficientes na transmissão de informação a longas distâncias é constituído pelas

fibras ópticas. 3.1.1- Seleccione a alternativa que completa correctamente a frase seguinte:

O princípio de funcionamento das fibras ópticas baseia-se no fenómeno da...

(A) ... difracção da luz. (B) ... reflexão total da luz. (C) ... refracção da luz. (D) ... reflexão parcial da luz.

3.1.2- Num determinado tipo de fibra óptica, o núcleo tem um índice de refracção de 1,53, e o revestimento

possui um índice de refracção de 1,48. Seleccione a alternativa que permite calcular o ângulo crítico, c, para este tipo de fibra óptica.





3.2. As microondas constituem um tipo de radiação electromagnética muito utilizado nas comunicações. Indique duas propriedades das microondas que justificam a utilização deste tipo de radiação nas comunicações via satélite.

(Exame de 2007, 1ª Fase)

4. A transmissão a longas distâncias de um sinal eléctrico resultante da conversão de um sinal sonoro é quase

impossível, uma vez que a onda electromagnética que corresponde à propagação daquele sinal apresenta frequências baixas. Seleccione a alternativa que indica correctamente o processo que permite, na prática, ultrapassar aquele problema.

(A) Digitalização. (B) Distorção. (C) Modulação. (D) Amplificação.

5. A luz proveniente das estrelas dispersa-se, ao entrar num prisma, devido ao facto de a velocidade de propagação da luz, no material constituinte do prisma, depender da frequência da radiação. Consequentemente, o índice de refracção da luz nesse material também irá depender da frequência da

radiação.

5.1. O gráfico da figura 1 representa o índice de refracção da luz, n, num vidro do tipo BK7, em função do

comprimento de onda, λ, da luz no vazio.

Considere um feixe de luz monocromática, de comprimento de onda 560 × 10-9 m, no vazio, que incide sobre a superfície de um prisma de vidro BK7, de acordo com o representado na figura 2.

Determine o ângulo de refracção correspondente a um ângulo de incidência de 50,0º.

Apresente todas as etapas de resolução. nar(índice de refracção da luz no ar) = 1,000

5.2. Indique, justificando, se uma radiação de comprimento de onda 560 × 10–9 m sofre difracção apreciável

num obstáculo cujas dimensões sejam da ordem de grandeza de 1 m.






6. Escolha o diagrama que mostra o trajecto de um raio luminoso que se propaga no ar e atravessa uma lâmina de vidro.

7. Um feixe de ultra-sons com a frequência de 150 kHz propaga-se na água (v = 1500 ms-1) e atinge uma

abertura com a largura de 1,2 cm. Depois da fenda a propagação será rectilínea? Justifique. 8. Antes da existência de satélites geostacionários, a observação da Terra era efectuada muitas vezes através

da utilização da fotografia e outros meios, a partir de balões, dirigíveis ou aviões a altitudes muito inferiores às dos actuais satélites artificiais. Em alguns casos, as fotografias obtidas eram simplesmente lançadas em sacos para a Terra, onde eram recuperadas.

8.1. Um balão de observação, B, encontra-se sobre o mar.

Um feixe luminoso que, com origem no objecto submerso S, é detectado pelo observador, no balão, faz um ângulo α= 20,0º com a normal quando atinge a superfície de separação da água com o ar. O índice de refracção do ar é

nar = 1,0, e o índice de refracção da água é nágua = 1,3. Seleccione o valor CORRECTO do ângulo β da figura.

(A) 30,5º (B) 26,4º (C) 22,1º (D) 20,0º

8.2. Suponha que um balão de observação está em repouso, a

uma altitude de 50 m acima do mar. Uma pessoa no interior da barquinha do balão lança um objecto, na horizontal, com velocidade inicial de módulo v0 = 20,0 m s–1.~ Calcule o módulo da velocidade do objecto quando este atinge a superfície da água. Despreze a resistência do ar. Apresente todas as etapas de resolução.

8.3. Um objecto é lançado de um balão de observação para o mar.

Seleccione a afirmação CORRECTA.

A- A energia cinética do objecto ao atingir o mar é a mesma, quer se despreze, ou não, a resistência do ar.

B- A energia mecânica do sistema objecto + Terra, no instante em que o objecto atinge o mar, é maior quando se despreza a resistência do ar do que quando não se despreza essa resistência.

C- A energia potencial do sistema objecto + Terra, no instante em que o objecto atinge o mar, é menor quando se despreza a resistência do ar do que quando não se despreza essa resistência.

D- A energia mecânica do sistema objecto + Terra, no instante em que o objecto atinge o mar, é a mesma, quer se despreze, ou não, a resistência do ar.






9. A tecnologia de um dos suportes mais eficientes na transmissão de informação a longas distâncias, as fibras ópticas, fundamenta-se na reflexão total da luz. Uma fibra óptica é um filamento muito estreito, comprido e flexível que, para além de uma protecção exterior, é constituída por:

Uma parte central, o núcleo, em vidro enriquecido em fósforo ou em germânio, de índice de refracção muito elevado;

Uma parte externa, o revestimento, em vidro muito puro e de índice de refracção inferior ao do material do núcleo.

A luz entra no núcleo por uma das extremidades da fibra, propagando-se até à outra extremidade devido a sucessivas reflexões totais nas superfícies de separação entre o núcleo e o revestimento, porque os ângulos de incidência são superiores aos ângulos críticos. Na figura está representado um raio luminoso que incide numa das extremidades de uma fibra óptica.

9.1. Considerando o índice de refracção do ar igual a 1,00 determine o índice de refracção do material que

constitui o núcleo da fibra óptica.

9.2. Calcule o valor do ângulo crítico (ou ângulo limite) de refracção entre os dois meios ópticos que constituem o núcleo e o revestimento da fibra óptica.

9.3. O raio incidente representado na figura propagar-se-á através da fibra? Justifique. 9.4. Refira as vantagens na utilização de fibras ópticas para transmitir informação comparativamente. 10. Na figura está representado o comportamento de um feixe luminoso ao incidir sobre três superfícies

distintas, A, B e C. 10.1. Identifique os fenómenos representados em A, B e C. 10.2. Das seguintes afirmações indique as verdadeiras e as

falsas.

A. Nos fenómenos A e B há conservação de energia, mas não

no C, pois a velocidade de propagação da luz diminui.

B. Os fenómenos A e B regem-se pelas mesmas leis. C. Nos fenómenos A e B o comprimento de onda da radiação

não se altera, mas no C diminui. D. Os fenómenos A, B e C nunca podem ocorrer em

simultâneo.

E. No fenómeno A, a frequência da radiação não se altera, mas no C diminui.

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