Laboratório de electromagnetismo: Simulação.

Esta simulação do PhET com o nome Laboratório electromagnético de Faraday é bastante interessante para o ensino e estudo do electromagnetismo. Nas imagens abaixo apresento os vários módulos que contém.

Pode aceder à simulação aqui, ou descarregá-la para o seu computador.

Atenção: Necessita de ter JAVA instalado. Pode obtê-lo aqui.

• Estudo do campo magnético criado por um íman de barra

• Indução de corrente eléctrica num solenóide 

• Indução de um campo magnético através da passagem de corrente AC ou DC num solenóide 

• Transformador

• Gerador

Fluxo magnético e corrente eléctrica induzida

Nesta demonstração produzida pelo MIT TechTV, uma bobina é ligada a um rádio e outra é ligada a um altifalante. As duas bobinas não estão ligadas entre si.

O sinal do rádio é transmitido através do campo magnético induzido criado pela corrente nas espiras da bobina da esquerda. Este sinal é apenas recebido quando existe fluxo magnético através da bobina da direita e, portanto, nenhum som é ouvido quando as bobinas estão posicionadas perpendicularmente entre si.

É também possível observar que a aproximação das duas bobinas conduz a um aumento da intensidade do som pois é maior a força electromotriz induzida (e consequente corrente eléctrica induzida) devido ao aumento do fluxo magnético na bobina da direita. Fonte.

Campo electromagnético gerado por uma carga oscilante

Esta animação permite visualizar o campo eléctrico e magnético criado por uma carga eléctrica oscilante. Gera-se desta forma uma onda electromagnética que se auto propaga, visto que a variação do campo eléctrico induz um campo magnético que, ao variar, induz um campo eléctrico. Há uma auto-sustentação dos dois campos.

A sua existência foi postulada por James Clerk Maxwell e confirmada experimentalmente por Heinrich Hertz.

 

O espectro electromagnético visto por Randall Munroe

Autor: Randall Munroe (xkcd.com). Clicar na imagem para a ver em bom tamanho.

Som: estudo das características de ondas com recurso a animações

Este é mais um post dedicado ao estudo do som e das ondas. Recomendo que consulte aqui os outros.

A campainha da figura ao lado está dentro de uma campânula de vidro. Pressione o botão verde para activar a campainha e novamente para remover o ar da campânula. Observe o que sucede à medida que o vácuo é criado. Os círculos azuis representam as ondas sonoras.
Quando se percute um címbalo, este vibra. Esta vibração propaga-se para as moléculas do ar e está criada uma onda sonora. Tal pode ser observado na imagem à direita. Para saber mais, recomendo este post: O que é uma onda?

Agora é fácil perceber por que razão o som não pode viajar no vácuo. Se não há moléculas para vibrar, não pode haver som. O som só pode viajar num meio material. Pode atravessar sólidos, viajar pelo ar e pela água e outros líquidos. Diz-se que esta é uma onda mecânica.

Por outro lado, a luz, a onda luminosa não é formada por partículas a vibrar, mas é formada por campos eléctricos e magnéticos oscilantes, podendo existir no vácuo: é uma onda electromagnética.

Outra forma de classificação das ondas é quanto à relação entre a direcção de propagação da onda e a direcção com que vibram as partículas do meio (ou as propriedades electromagnéticas do mesmo). Para saber mais, recomendo este post: O que é uma onda?

Com as duas animações interactivas seguintes, pode criar ondas transversais e longitudinais. Leia as instruções de cada uma (recomendo que não movimente o rato com muita rapidez).

As quatro animações anteriores foram retiradas daqui.

Mas como caracterizar pormenorizadamente uma onda?

Para isso temos que utilizar números, claro. Precisamos de quantificar certas características, que passo a definir:

Amplitude (A) - Distância entre o ponto de equilíbrio da onda e o ponto de desvio máximo relativamente a ele.

Período (T) - Característica essencial que caracteriza uma onda. Geralmente define-se pelo tempo que um ciclo demora a ser percorrido. Ou, de outra forma, é o tempo necessário para que as características da onda se repitam. A sua unidade SI é o segundo (s).

Frequência (f) - Esta grandeza corresponde ao número de vezes que um ciclo é percorrido por unidade de tempo e em unidades SI vem em s^-1 ou Hz (em homenagem ao Físico Heirich Hertz). É dada pela expressão   .

Comprimento de Onda () - É a distância que um ciclo tem no espaço. Ou, de outra forma, é a distância entre dois pontos consecutivos e equivalentes de uma onda. A sua unidade SI é o metro (m).

Na figura ao lado (encontrada aqui) podemos ver representadas cada uma destas características. É importante reparar na diferença entre os dois eixos horizontais. No gráfico superior o eixo horizontal mede tempo, pelo que a distância entre picos é o período. No gráfico inferior o eixo horizontal mede deslocamento, pelo que a distância entre picos é o comprimento de onda.

 

As duas animações interactivas seguintes permitem-lhe modificar (arrastando os pontos verdes) as características de uma onda. Encontradas aqui.

Finalmente, a velocidade (ou rapidez) com que uma onda se propaga (v) define-se como a rapidez à qual um ponto, caracterizado por uma determinada fase, se desloca no espaço. Pode ser calculada pelas expressões     ou   .  A sua unidade SI é o metro/segundo (m/s).

Por exemplo, na animação à direita (encontrada aqui), se dividir a distância entre picos consecutivos pelo tempo necessário para que estes picos desapareçam da animação, pode calcular facilmente a velocidade da onda representada.

E depois de isto ser tudo lido e experimentado com muita atenção, que tal um Quiz para testar os conhecimentos adquiridos? Pois é o que aparecerá aqui em breve. Prepare-se.

Português 'inventa' escudo magnético para naves, utlizando mini-magnestosferas

Para que serve a Física? Ora deixa cá ver ...

"Na série Star Trek, quando os raios cósmicos apertavam, o seráfico Spock activava o escudo protector da Entreprise e os tripulantes ficavam seguros. Da ficção à realidade, desenvolver o conceito tecnológico para produzir um escudo protector para naves a sério foi um dos objectivos do jovem investigador Luís Gargaté, do Instituto Superior Técnico. Juntamente com colegas do Rutherford Appleton Laboratory, em Inglaterra, Luís Gargaté já conseguiu mostrar a viabilidade do conceito. Em Rutherford foram feitas experiências à escala laboratorial, coroadas de sucesso. A equipa chama-lhes mini-magnestosferas, e funcionam. A descoberta foi publicada na Plasma Physics and Controled Fusion.

Quando começou a trabalhar em plasmas, no Grupo de Lasers e Plasmas do Instituto Superior Técnico (IST), no último ano da licenciatura em Engenharia Física e Tecnológica, Luís Gargaté explorou a ideia de utilizar este estado da matéria como fonte de energia para lançar satélites - isso, entretanto, tornou-se possível. Agora, a acabar o doutoramento, o investigador de 27 anos olha para os plasmas de outra maneira. Estava-se em 2006 e um dia, em conversa com Robert Bingham, professor em Rutherford, surgiu a ideia. Porque não utilizar os plasmas, juntamente com um campo magnético, como escudo protector de satélites ou naves, como acontece com a própria Terra?

"Aqui estamos protegidos das partículas altamente energéticas do vento solar e das estrelas, que podem ser mortais, pela magnetosfera da Terra, que as repele para o espaço", explica Luís Gargaté. As únicas missões tripuladas que até hoje foram além da magnetosfera terrestre foram as Apolo, que rumaram à Lua. "Foram missões curtas e sabe-se hoje que os astronautas tiveram muita sorte porque nunca houve episódios de radiação mais intensa a coincidir com as missões", conta o investigador do IST. Mas numa viagem tripulada a Marte, muito mais prolongada, o problema vai colocar-se." Ler mais no DN online

Electromagnetismo - Simplicidade motriz

Tão simples!