A luz

A luz do Sol percorre cerca de $150$ milhões de quilômetros no espaço praticamente vazio até chegar à Terra.

1. a) A luz precisa de um meio material para se propagar?
2. b) Como se chamam as ondas que, como a luz, podem se propagar no vácuo?
3. c) Se uma estrela distante explodisse, o que perceberíamos a partir da Terra: a sua luz, o seu estrondo ou ambas as coisas? Justifique.

A velocidade da luz no vácuo é de $c = 3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$.

1. a) Que distância a luz percorre em um segundo? Expresse-a em metros e em quilômetros.
2. b) O perímetro da Terra mede cerca de $40\,000\ \text{km}$: quantas voltas ao planeta a luz poderia dar em um segundo?

A Lua está a cerca de $384\,000\ \text{km}$ da Terra. Quanto tempo a luz dela demora para chegar até nós? Apresente o resultado com uma casa decimal. ($c = 3\cdot10^{5}\ \text{km/s}$.)

Não conseguimos ver o que está atrás de uma esquina, embora consigamos ouvir os ruídos vindos de lá.

1. a) O que nos indica este fato sobre a forma como a luz se propaga?
2. b) Explique como se forma a sombra da sua mão sobre a parede.
3. c) Cite um fenômeno astronômico que se explique da mesma forma.

Ao atravessar um prisma, a luz branca do Sol se decompõe em uma faixa de cores semelhante à do arco-íris.

1. a) Indique, em ordem, as cores dessa faixa.
2. b) Que radiações invisíveis existem além do vermelho e além do violeta? Apresente um exemplo de aplicação para cada uma.
3. c) A luz vermelha e a luz violeta viajam com velocidades diferentes no vácuo?

Associe cada radiação eletromagnética à respectiva aplicação e escreva os cinco pares completos:

1. a) Raios X.
2. b) Infravermelho.
3. c) Micro-ondas.
4. d) Ultravioleta.
5. e) Ondas de rádio.

Aplicações: uma radiografia no hospital, o controle remoto da televisão, aquecer a comida no forno, detectar notas falsas e ouvir a transmissão no rádio do carro.

O que todas estas radiações têm em comum?

Todas as radiações eletromagnéticas viajam à mesma velocidade no vácuo, mas a energia de cada fóton aumenta com a frequência e as de frequência muito elevada, como os raios X, são muito penetrantes.

1. a) Ordene por ordem crescente de frequência: infravermelho, ultravioleta, luz visível e raios X.
2. b) Explique por que os óculos de sol e os protetores solares filtram sobretudo a radiação ultravioleta e não a infravermelha.
3. c) Por que os profissionais de saúde se protegem atrás de um painel de chumbo quando realizam radiografias e se limita o número de radiografias feitas em um paciente?
4. d) As câmeras térmicas detectam o infravermelho emitido pelos corpos quentes: explique por que servem para localizar pessoas no escuro.

Uma blusa parece vermelha sob a luz branca do Sol.

1. a) Explique o que o tecido faz com os diferentes componentes da luz branca para que a vejamos vermelha.
2. b) Preveja que cor essa blusa terá em uma sala iluminada apenas com luz verde e justifique.
3. c) De que cor parecerá, nessa mesma sala, uma blusa branca? Justifique a resposta.

A luz do Sol demora cerca de $8\ \text{min}$ e $20\ \text{s}$ para chegar à Terra.

1. a) Expresse esse tempo em segundos.
2. b) Calcule a distância entre o Sol e a Terra em quilômetros, usando $c = 3\cdot10^{5}\ \text{km/s}$, e apresente-a em notação científica.

O ano-luz é a distância que a luz percorre em um ano: cerca de $9,5\cdot10^{12}\ \text{km}$. Próxima Centauri, a estrela mais próxima do Sol, encontra-se a $4,2$ anos-luz.

1. a) Calcule essa distância em quilômetros, em notação científica.
2. b) Quanto tempo a luz de Próxima Centauri leva para chegar até nós?

Em uma fibra óptica, a luz viaja a $2\cdot10^{8}\ \text{m/s}$.

1. a) Quanto tempo um pulso de luz demora para percorrer $100\ \text{km}$ de fibra? Apresente o resultado em notação científica.
2. b) Converta o resultado para milissegundos.
3. c) Explique por que a fibra óptica transmite o acesso à internet com tão pouco atraso.

Os astronautas das missões Apollo se comunicavam com o centro de controle de Houston por rádio, e as ondas de rádio viajam à velocidade da luz. A Lua se encontra a $384\,000\ \text{km}$.

1. a) Quanto tempo leva uma pergunta de Houston para chegar à Lua?
2. b) Quanto tempo se passa, no mínimo, entre Houston formular a pergunta e ouvir a resposta do astronauta?
3. c) Por que razão dizemos «no mínimo»?

A luz de Sírius, a estrela mais brilhante do céu noturno, demora $8,6$ anos para chegar à Terra.

1. a) A que distância está Sírius, expressa em anos-luz?
2. b) Quando você a observa esta noite, vê Sírius como ela é agora ou como era há algum tempo? Justifique a sua resposta.
3. c) O que os astrônomos querem dizer quando afirmam que olhar para longe com um telescópio é olhar para o passado?

Vamos calcular quantos quilômetros tem um ano-luz.

1. a) Quantos segundos tem um ano de $365$ dias? Apresente o valor em notação científica.
2. b) Multiplique esse tempo pela velocidade da luz ($c = 3\cdot10^{8}\ \text{m/s}$) e indique a distância em metros e em quilômetros.
3. c) A estrela Vega está a cerca de $25$ anos-luz: calcule essa distância em quilômetros.

Betelgeuse, uma estrela da constelação de Órion, encontra-se a cerca de $640$ anos-luz e os astrônomos preveem que um dia exploda como supernova.

1. a) Se amanhã os telescópios observassem a explosão, quando ela ocorreu na realidade? O que acontecia, aproximadamente, na história da Terra nessa época?
2. b) Se a explosão ocorresse de fato hoje, quando chegaria essa informação à Terra?
3. c) Explique por que os astrônomos comparam a observação de objetos muito distantes ao recebimento de uma carta escrita há muito tempo.

Os astronautas das missões Apollo deixaram painéis de espelhos na Lua. A partir de um observatório, envia-se um pulso de laser que é refletido por eles e volta $2,56\ \text{s}$ depois. A Lua está a $384\,000\ \text{km}$. O esquema mostra o percurso do pulso de luz.

1. a) Que distância total o pulso de luz percorre?
2. b) Calcule a velocidade da luz obtida por meio desta experiência e expresse-a em $\text{km/s}$ e em $\text{m/s}$.
3. c) Explique por que não é possível medir a velocidade da luz com uma lanterna e um cronômetro entre as duas extremidades do pátio da escola.

Um feixe de lanterna incide sobre o espelho do banheiro formando um ângulo de $30^\circ$ com a normal, a linha perpendicular ao espelho. A figura mostra o raio incidente sobre o espelho.

1. a) Com que ângulo é refletido o raio, medido a partir da normal?
2. b) Enuncie com suas próprias palavras a lei da reflexão.
3. c) Desenhe no seu caderno o espelho, a normal, o raio incidente e o raio refletido, e indique os ângulos.

Você pode fazer isso em papel e enviar uma foto com a sua resposta.

Um raio de luz incide sobre um espelho plano formando um ângulo de $40^\circ$ com a superfície do espelho. A figura mostra o raio incidente sobre o espelho.

1. a) Que ângulo forma o raio incidente com a normal?
2. b) Qual é o ângulo de reflexão, medido a partir da normal?
3. c) Desenhe a situação no seu caderno e assinale todos os ângulos.

Você pode fazer isso no papel e enviar uma foto com a sua resposta.

Um periscópio simples contém dois espelhos planos paralelos, cada um inclinado a $45^\circ$ em relação à horizontal, um na parte superior e outro na parte inferior do tubo. A figura mostra o periscópio com seus dois espelhos.

1. a) Desenhe no seu caderno a trajetória de um raio de luz que entra horizontalmente pelo espelho superior até chegar ao olho, aplicando a lei da reflexão em cada espelho.
2. b) Que ângulo o raio forma com a normal em cada espelho? Quanto o raio gira em cada reflexão?
3. c) Explique por que o raio que atinge o olho é horizontal e paralelo ao que entrou.
4. d) Cite uma aplicação prática de um periscópio.

Você pode fazer isso no papel e enviar uma foto com a sua resposta.

Um canudo dentro de um copo com água parece quebrado logo na superfície da água. A figura mostra o que se observa.

1. a) O canudo está realmente dobrado? Explique o que acontece.
2. b) O que acontece com a luz proveniente da parte submersa do canudo ao passar da água para o ar?
3. c) Como se chama esse fenômeno?

A luz se propaga na água a cerca de $225\,000\ \text{km/s}$, mais lentamente do que no ar, onde viaja a cerca de $300\,000\ \text{km/s}$. A figura representa a mudança de direção do raio ao passar do ar para a água.

1. a) Calcule quantas vezes a luz é mais rápida no ar do que na água, com uma casa decimal.
2. b) Ao passar do ar para a água, o raio de luz se aproxima da normal: relacione essa mudança de direção com a mudança de velocidade e dê o nome ao fenômeno.
3. c) Com base nisso, explique por que um canudo em um copo com água parece quebrado.

Um pescador em pé na margem avista um peixe debaixo da água.

1. a) Os raios de luz provenientes do peixe passam da água para o ar, onde se propagam mais rapidamente: eles se aproximam ou se afastam da normal ao emergir para a superfície?
2. b) O nosso cérebro interpreta que a luz se propagou em linha reta: justifique por que o peixe parece estar mais perto da superfície do que realmente está.
3. c) Desenhe no seu caderno os raios e a posição aparente do peixe.
4. d) Por que, para pescar com arpão, é necessário apontar abaixo de onde o peixe é avistado?

Você pode fazer isso no papel e enviar uma foto com a sua resposta.

Após uma tempestade de verão, com o Sol baixo às suas costas e a chuva à frente, surge o arco-íris.

1. a) Explique o que acontece com a luz do Sol ao entrar em cada gota de chuva, ao chegar à parte posterior da gota e ao sair dela, indicando os fenômenos envolvidos.
2. b) Cada cor é refratada com um ângulo ligeiramente diferente: como se chama a separação da luz branca nas suas diferentes cores?
3. c) Justifique por que o Sol deve estar atrás de você e a chuva à frente para que você veja o arco-íris.
4. d) O arco é visível porque apenas as gotas situadas em um determinado ângulo em relação à direção do Sol devolvem a luz a você: explique por que isso desenha uma curva.

Você pode fazê-lo no papel e enviar uma foto com a sua resposta.