O que são as ondas eletromagnéticas na física

Uma onda pode ter inúmeros conceitos, pois existem diversos tipos. Este texto pretende mostrar a respeito das ondas eletromagnéticas. Será percebido que ela está mais perto do que imaginamos!

Uma onda é uma perturbação que desloca-se pelo espaço, transportando única e exclusivamente energia, de um ponto ao outro, sem transportar matéria.

Toda onda apresenta as seguintes propriedades: Frequência, Período, Comprimento de Onda, Amplitude e Velocidade.



A frequência da uma onda é o número de oscilações realizadas por segundo. Segundo o Sistema Internacional de Medidas, a frequência mede-se em s-¹, que é o inverso dos segundos. Isto é equivalente a hertz (Hz). Uma onda de 10 Hz faz dez oscilações completas a cada segundo que passa.

O intervalo de tempo necessário para realizar uma oscilação completa é o chamado Período. Sua medida é em segundos.

Como pode ser observado na fórmula, período e frequência são inversos um do outro, ou seja, quando maior o período, menor a frequência, e vice-versa.



O Período também pode ser medido como a razão da variação de tempo em segundos pelo número de oscilações. E a Frequência, pelo inverso disso.



Representado pelo símbolo λ , o comprimento de onda é o espaço em que a onda faz uma oscilação completa. É igual a distância entre: 2 Vales consecutivos, 2 Cristas consecutivas, ou 3 Nós consecutivos, sendo estes as posições do meio que continuam parados. É medido em metros.

Relacionando-se com a intensidade, temos a Amplitude. Um volume alto é devido a uma onda sonora de amplitude alta. É medida tendo em vista a distância entre a posição de equilíbrio e a altura de uma crista/vale.

A onda pode ser categorizada de acordo com a direção da origem da perturbação e a direção que ela vai se propagar. É longitudinal quando se propaga na mesma direção que foi gerada. É transversal quando se propaga em uma direção perpendicular à direção de origem.

Uma onda pode se propagar nas 3 direções do espaço, ao mesmo tempo ou não, com isso sendo determinado pela sua geometria e polaridade.

Existem ondas unidimensionais, que se propagam em 1 direção do espaço, como uma mola.

Há ondas bidimensionais, perturbações que vão em 2 direções do campo ao mesmo tempo, como a onda formada por uma pedra caindo num lago.

E tem ondas tridimensionais, que se propagam nas 3 direções do campo, de forma esférica e concêntricos à sua fonte, isto é, que são originadas da mesma posição, como a luz em uma lâmpada.

A velocidade da onda, ou seja, sua velocidade de propagação depende do meio em que ela se encontra, sendo medida em metros por segundo (m/s).

A velocidade pode ser calculada multiplicando o comprimento da onda pela sua frequência, portanto, quanto maior essas medidas, maior a velocidade.



Outra maneira de medir a velocidade é com a razão do comprimento pelo período, mantendo a proporcionalidade com o comprimento, mas inversamente proporcional ao período.



Por fim, de acordo com a Equação de Taylor, podemos medir a velocidade de ondas em uma corda com a seguinte fórmula, com velocidade sendo a raiz de força por massa.

Ondas eletromagnéticas são formados por campos elétricos e magnéticos

As ondas eletromagnéticas são formadas pela combinação de campos elétricos e magnéticos, que são perpendiculares entre si e à direção de propagação da onda. O campo elétrico é gerado pela ação de cargas elétricas, enquanto o campo magnético é o efeito produzido por correntes elétricas ou cargas em movimento. Ambos os campos oscilam de maneira sincronizada, criando uma onda transversal, onde a direção de oscilação de cada campo é perpendicular à direção de propagação da onda.

Por exemplo, ao movimentar uma corda para cima e para baixo, geramos uma onda que se propaga na direção horizontal. Da mesma forma, as ondas eletromagnéticas se propagam através do espaço, transportando energia sem a necessidade de um meio material.

Ondas eletromagnéticas são perturbações provenientes da interação de campos elétricos e magnéticos variáveis, sendo uma onda propagável tanto em meios materiais, quanto no vácuo.

Foi um físico e matemático escocês, James Clerk Maxwell, quem teorizou e previu as ondas eletromagnéticas, ao unificar equações sobre eletricidade e magnetismo, como as equações de Faraday, Ampére e Gauss em equações de onda. Com isso, ele foi capaz de calcular o módulo da velocidade de propagação de ondas eletromagnéticas.

A existência das ondas eletromagnéticas, entretanto, só foi confirmada via experimentos uma década depois, pelo físico alemão Heinrich Hertz.

São ondas transversais e tridimensionais, com uma amplitude maior conforme a intensidade, que se propaga no vácuo com a mesma velocidade da luz visível, que é 2,99792459*10^8 m/s. Porém, ao atravessar meios materiais como água e ar, ocorre o fenômeno de refração, em que a velocidade de propagação diminui e o comprimento de onda aumenta, mantendo a mesma frequência.

A maneira como as ondas eletromagnéticas são utilizadas ou interagem com a matéria depende de sua faixa, e é a frequência que define a faixa das ondas eletromagnéticas.

Quando uma onda eletromagnética entra em contato com algum material as cargas elétricas destes sentem a ação desses campos ou seja tem a suas propriedades ligeiramente modificadas em relação às propriedades que tinha antes de atravessar o meio. Por tratarem-se de fenômenos ondulatórios, elas podem sofrer reflexão, refração, absorção, difração, interferência, espalhamento e polarização. Um exemplo é um feixe de luz laser após atravessar um meio atômico.



O intervalo que possui todas as frequências de ondas eletromagnéticas que existem é o Espectro eletromagnético, mostrado em ordem crescente de frequência, ou seja, do com menor número de oscilações até o com maior número de oscilações, carregando cada vez mais energia.

Seguindo a teoria ondulatória (Área da física que estuda ondas e oscilações), a frequência de uma onda eletromagnética é a razão da sua velocidade de propagação pelo seu comprimento de onda, como podemos ver aqui.



Em ordem, as frequências são ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios X e raios gama, que os outros grupos irão aprofundar.



Horst Frank, CC BY-SA 3.0 , via Wikimedia Commons

As ondas eletromagnéticas são de extrema importância para a sociedade moderna, pois são utilizadas em inúmeros aparelhos, como rádio, televisão, celular, Wi-fi, telecomunicação em geral, controles remotos, visão noturna, lâmpadas e luz, para equipamentos policiais, esterilização de itens médicos, obtenção de imagens de raio X, e até para experimentos astronômicos e nucleares.

As ondas eletromagnéticas estão presentes no nosso dia a dia, com sua criação já foram mudadas diversas vidas, elas são um exemplo de que a tecnologia com o uso ideal pode transformar uma sociedade.

Referências Bibliográficas

https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-onda.htm

https://brasilescola.uol.com.br/fisica/o-que-sao-ondas-eletromagneticas.htm

https://brasilescola.uol.com.br/fisica/espectro-eletromagnetico.htm

https://brasilescola.uol.com.br/fisica/ondas.htm

https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/curiosidades-sobre-ondas-eletromagneticas.htm

https://www.oximag.com/blog/5-curiosidades-sobre-o-magnetismo/