Ondas: eletromagnéticias para os olhos e mecânicas para os ouvidos
Som é onda mecânica, ou seja, oscilações do próprio meio material, e que por isso mesmo só se propaga na presença de matéria. O som não pode existir no vácuo onde não há matéria para oscilar. Já a luz é onda eletromagnética, formada por campos elétricos e magnéticos que oscilam. A luz não depende da matéria para oscilar pois são os próprios campos que vibram, independente do meio. Por isso encontramos luz (e todas as outras ondas eletromagnéticas) se propagando no vácuo onde jamais encontraremos o som (e as outras ondas mecânicas).
Nossos olhos foram modelados para captar ondas eletromagnéticas enquanto nossos ouvidos são sensores de ondas mecânicas. Mas temos limitações na percepção do som e da luz: não podemos ouvir qualquer onda mecância assim como não exergamos qualquer onda eletromagnética.
Por conta dessas limitações é comum definirmos:
- Som: o conjunto de ondas mecânicas audíveis, ou seja, na faixa de 20 Hz (som muito grave) até 20000 Hz (som muito agudo). Fora desta faixa audível, abaixo de 20 Hz temos o infrasom bem como acima de 20000 Hz o ultrasom.
- Luz: o conjunto das ondas eletromagnéticas visíveis, ou seja, na faixa de 4,0.1014 Hz (luz vermelha) até 7,5.1014 Hz (luz violeta). Abaixo do 4,0.1014 Hz temos o infravermelho, faixa do espectro eletromagnético onde estão as ondas de calor, as microondas e as ondas de rádio. Acima de 7,5.1014 Hz temos o ultravioleta, ampla faixa onde encontramos os raios X e os raios gama.
O som, no ar, tem velocidade em torno de 340 m/s. Este valor pode variar com a temperatura ambiente. Mas, para efeito de cálculo, vamos considerar o valor médio v = 340 m/s para a rapidez de propagação do som no ar. Podemos, usando a equação fundamental da ondulatória (v = λ.f), estabeler os limites para os comprimentos de onda λ audíveis (uma vez que já sabemos a faixa limite de frequências audíveis). Veja:
Analogamente ao que fizemos acima com o som, podemos também estabelecer os limites de comprimento de onda λ visíveis, lembrando que a luz, em comparação com o som, é muitíssimo mais veloz. No vácuo a luz viaja com velocidade aproximada v = 300000 km/s (3.105 km/s = 3.108 m/s). Este valor é uma conhecida constante Física geralmente representada pela letra c. No ar a velocidade da luz é ligeiramente menor do que c. Mas, para efeito de cálculo, vamos considerar aqui o valor v = c = 3.108 m/s para a luz (e todas as ondas eletromagnéticas) viajando no ar. Os comprimentos de onda máximo e mínimo para a luz serão:
Confira na imagem a seguir um resumo dos limites da percepção humana para o som e para a luz calculados logo acima.
:: Um experimento simples para comprovar o seu limite inferior de visão
Fotodiodo (ou LED) infravermelho do controle remoto
O controle remoto da TV (e de diversos outros equipamentos eletrodomésticos) opera com ondas eletromagnéticas na faixa do infravermelho. Um fotodiodo ou LED (que parece uma pequena lâmpada) na frente do controle remoto (veja imagem acima) emite ondas invisíveis para nossos olhos mas que são "visíveis" para o televisor que tem sensores para esta faixa de frequências. Na imagem abaixo temos em destaque um fotodiodo que opera na faixa de comprimentos de onda entre 940 nm e 950 nm.
Fotodiodo infravemelho (como é o dispositivo fora do controle remoto)
Quero propor um experimento bem simples mas de resultado bem interessante e didático. Siga os passos:
- Passo 1Experimente apertar qualquer tecla do controle remoto olhando diretamente para o fotodiodo, a "lampadazinha" na frente do equipamento. Como na foto abaixo, aposto que você não vai ver nada de diferente além de um fotodiodo apagado. Mas, se o televisor estiver ligado, certamente ele vai reagir, comprovando que "algo" deixou o controle remoto e chegou ao aparelho, embora você não tenha visto nada. Já sabemos que esse "algo" são ondas (invisíveis) de infravermelho.
Controle acionado, mas o fotodiodo parece apagado para nossos olhos
- Passo 2Experimente apertar novamente qualquer tecla do controle remoto mas, em vez de olhar diretamente para o fotodiodo, observe-o através de uma câmera digital. Na imagem abaixo está o resultado que obtive usando a câmera fotográfica do meu celular. O fotodiodo, visto pela câmera, agora aparece "aceso". A câmera digital conseguiu registrara "luz" infravermelha que nossos olhos não conseguem captar! É uma contundente prova de que temos uma limitação de visão an região do espectro eletromagnético abaixo do vermelho!
Controle acionado, e o fotodiodo parece aceso para câmera digital
Explicação: as câmeras fotográficas digitais, para melhorar a captação de imagens em ambientes de pouca iluminação, ou seja, com baixa intensidade de luz visível, possuem sensores capazes de "enxergar" na faixa do infravermelho próximo, onde existem ondas (invisíveis para os olhos) emitidas pelo corpo humano e diversos outros objetos à nossa volta. Desta forma, a câmera pode fazer uma foto mais nítida, mesmo com pouca luz.
Bem bacana, não? Mostre este experimento para seus familiares e amigos. Aposto que a maioria deles vai se surperender com o resultado!
E é exatamente porque não vemos abaixo do vermelho nem acima do violeta que os astrônomos usam equipamentos para observar os astros em sua plenitude, ou seja, em outras faixas de frequência fora do espectro visível.
prof. Dulcidio Braz Júnior
Legal, gostei muito.
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