Baixe Módulo de Física DAIANE e outras Notas de estudo em PDF para Química, somente na Docsity! Modulo de Física Aplicada – Curso de Radiologia Professora Daiane Ribeiro e Silva 1 Índice:  Sistema de medidas e sistema vetorial Cinemática  Mecânica: Dinâmica Trabalho Energia Calor  Termologia: Temperatura Máquinas térmicas Ondas Óptica  Eletromagnetismo: Magnetismo Eletricidade Em física, você aprenderá a utilizar alguns conteúdos teóricos em ações bem sucedidas na radiologia. Física, ciência que se ocupa dos componentes fundamentais do Universo, das forças que interagem entre si e dos efeitos das ditas forças. Ás vezes a física moderna incorpora elementos dos três aspectos mencionados, como ocorre com as leis de simetria e conservação de energia, de momento, da carga e da paridade. O desenvolvimento mais importante da Física Médica, tal como a entendemos atualmente, tem lugar a partir do descobrimento dos raios-x e da radioatividade, dado seu impacto decisivo na moderna diagnose e terapêutica médica. Estes descobrimentos marcam um hiato histórico na aplicação na aplicação dos agentes físicos em Medicina, ao proporcionar métodos revolucionários de diagnóstico e tratamento de doenças. Em coerência com esta realidade se desenvolveu a necessidade de incorporar profissionais da Física nos grandes hospitais e clínicas em todo o mundo. Modulo de Física Aplicada – Curso de Radiologia Professora Daiane Ribeiro e Silva 2 Sistema Internacional (SI): Adotado universalmente - 1971 – Padronização do Sistema. Unidades básicas: Grandeza Nome Símbolo Comprimento Metro m Massa Quilograma kg Tempo Segundo s Corrente elétrica Ampére A Temperatura Kelvin K Quantidade de Substância mol mol Intensidade luminosa Candela cd VETORES As quantidades físicas são divididas em dois tipos: ESCALARES: são grandezas completamente definidas por um único número com uma unidade: Ex: massa, tempo, temperatura, energia; VETORIAIS: são grandezas que têm magnitude ( módulo), direção e sentido. Ex.: força, deslocamento, velocidade, campo elétrico. Operações: soma e diferença Escalar: é soma algébrica simples. Vetorial: fazer resultante, pois depende da direção. Representação de um vetor: por uma seta orientada e seu tamanho será proporcional à intensidade. A representação matemática de uma grandeza vetorial é o vetor representado graficamente pelo segmento de reta orientado (Fig. 1), que apresenta as seguintes características: Módulo do vetor - é dado pelo comprimento do segmento em uma escala adequada (d = 5 cm). Direção do vetor - é dada pela reta suporte do segmento (30o com a horizontal). Sentido do vetor - é dado pela seta colocada na extremidade do segmento. Modulo de Física Aplicada – Curso de Radiologia Professora Daiane Ribeiro e Silva 5 velocidade constante. De repente, uma lâmpada presa ao teto cai. Para você, que está no ônibus, a trajetória descrita pela lâmpada será retilínea. Porém, para um observador externo e em repouso em relação a Terra, a trajetória será um arco de parábola. Espaço No estudo do movimento, além da trajetória, é importante localizar a posição do móvel. Quando você está viajando em uma estrada, de quilômetro em quilômetro, encontra-se uma placa indicando a quilometragem. O valor dessa placa mostra a que distância você se encontra do marco zero dessa estrada, ou seja, a sua posição em relação à origem da trajetória. O conceito de velocidade e velocidade média Para entender o conceito de velocidade, imagine novamente você em um carro a 100 km/h em uma agradável viagem de férias. O que essa indicação significa? Significa que se seu o automóvel mantiver essa velocidade, ele percorrerá 100 km a cada intervalo de tempo de uma hora, ou seja, a velocidade é uma grandeza que mostra o quanto um móvel percorre em um determinado intervalo de tempo. Agora, é muito pouco provável que, em um longo intervalo de tempo, você consiga manter sempre essa mesma velocidade constante. Se mencionarmos o trânsito urbano, isso se torna uma tarefa praticamente impossível. Dessa situação podemos entender o conceito de velocidade média. Tome como exemplo a locução de uma corrida de Fórmula 1. É comum ouvirmos o locutor dizer que determinado carro teve, durante uma volta, a velocidade média de, por exemplo, 170 km/h. Isso não significa que o carro manteve essa velocidade durante toda a volta. Esse número mostra o valor da velocidade que melhor representa todas as velocidades que ele teve durante essa volta. Para efetuar o cálculo da velocidade média, considere um móvel que se locomove em uma trajetória como ilustrado na figura abaixo. No espaço inicial S0, é acionado o relógio e se registra o tempo inicial t0. Mais à frente, quando esse mesmo móvel passar pelo espaço final S, novamente se observa o relógio e anota-se o tempo final t. De posse desses dados é possível calcular o deslocamento escalar do móvel, que será o espaço final menos o espaço inicial, e o intervalo de tempo decorrido, que será o tempo Modulo de Física Aplicada – Curso de Radiologia Professora Daiane Ribeiro e Silva 6 final menos o tempo inicial. A velocidade escalar média é definida como sendo o deslocamento escalar dividido pelo intervalo de tempo gasto pelo móvel. As unidades mais usadas para velocidade são o m/s, que é a unidade do Sistema Internacional, e o km/h, que é a unidade usada no nosso dia a dia. Elas podem ser convertidas se usarmos a seguinte relação. Aceleração escalar e aceleração escalar média Aprendemos no nosso cotidiano que a velocidade não é uma grandeza que obrigatoriamente tem valor constante, ela pode variar a sua intensidade em um grande número de casos. Por exemplo, quando um ciclista inicia o movimento de uma bicicleta, ele necessariamente a tira do repouso e pedala até atingir a velocidade desejada, e assim dizemos que ele imprimiu uma aceleração a bicicleta. Note que a aceleração é uma grandeza que está intimamente ligada à variação de velocidade. Desse modo a aceleração escalar média pode ser definida como a variação de velocidade do móvel dividido pelo intervalo de tempo necessário para essa variação, ou seja: A unidade de aceleração vem da divisão entre a unidade de velocidade pela unidade de tempo. Modulo de Física Aplicada – Curso de Radiologia Professora Daiane Ribeiro e Silva 7 Utilizando as unidades do Sistema Internacional, teremos a seguinte unidade para a aceleração: Classificação dos Movimentos Para que seja possível classificar o movimento, primeiramente é importante entender o conceito de trajetória orientada. É muito comum encontrarmos trajetórias orientadas no nosso dia-a-dia, basta observar a sua rua. As casas possuem uma numeração e o sentido da sua rua é o sentido crescente da numeração das casas. Então, uma trajetória orientada é uma trajetória com uma origem e um sentido que é indicado pela ordem crescente das indicações das posições. Um primeiro critério a ser adotado é quanto ao sentido do movimento, afinal um móvel pode estar se locomovendo a favor do sentido da trajetória ou contra o sentido da trajetória. Quando um móvel está se locomovendo a favor da trajetória, dizemos que ele executa um movimento progressivo, que é caracterizado pelo deslocamento escalar ( ) positivo ou por uma velocidade positiva. Por outro lado, quando um móvel se locomove contra o sentido da trajetória, define-se esse movimento como movimento retrógrado ou regressivo, que é caracterizado pelo deslocamento escalar ( ) negativo ou por uma velocidade negativa. O outro critério adotado para a classificação dos movimentos, é quanto à intensidade da velocidade. Quando a intensidade da velocidade do móvel aumenta, esse móvel está executando um movimento acelerado e as suas características estão apresentadas na figura abaixo. Modulo de Física Aplicada – Curso de Radiologia Professora Daiane Ribeiro e Silva 10 Ações independentes ... Acelerações componentes f1 = m.a1 ... a1 = f1/m f2 = m.a2 ... a2 = f2/m fn = m.an ... an = fn/m Aceleração resultante: a = a1+ a2+ ... + an = f1/m+f2/m+ ... +fn/m Resultante do sistema de forças: R = f1 + f2 + ... + fn = m.a Princípio fundamental da Dinâmica - "Para referenciais inerciais, onde a resultante das forças aplicadas ao ponto material é R, vale: Rexternas = m.a 2.4 - Terceira lei de Newton ou 'lei da Ação e Reação' - "Nos referenciais inerciais, quer a interação entre dois pontos materiais se dê 'à distância' (interação de campos) ou por contato, as forças que traduzem essas interações sempre comparecem aos pares". Essas forças de cada par (indiferentemente denominadas 'ação', uma, e 'reação', a outra) agem simultaneamente, uma em cada ponto, têm mesma direção, têm mesma intensidade e seus sentidos são opostos; escreve-se, para o par: FA = - FB. Nota - (a) "Força de ação à distância" é maneira cômoda de se traduzir a ação recíproca entre corpos não em contato. Na conceituação 'mais moderna', trata-se de uma 'ação local' determinada pela modificação do espaço pela presença de corpos. (b) Recomendamos especial cuidado com a aplicação do 'princípio da ação e reação', principalmente quanto ao fato da "reação" ser igual á "ação", no sentido de movimento, aceleração, deformação etc. Em outras palavras, o que cada força do par faz com o ponto (ou corpo) onde se aplica, são coisas distintas, são histórias diferentes. Modulo de Física Aplicada – Curso de Radiologia Professora Daiane Ribeiro e Silva 11 Física- Termologia O que vem a ser termologia? O que ela estuda? Termologia é a parte da física que estuda o calor, ou seja, ela estuda as manifestações dos tipos de energia que de qualquer forma produzem variação de temperatura, aquecimento ou resfriamento, ou mesmo a mudança de estado físico da matéria, quando ela recebe ou perde calor. A termologia estuda de que forma esse calor pode ser trocado entre os corpos, bem como as características de cada processo de troca de calor, são essas as formas de transferências de calor:  Convecção;  Irradiação;  Condução. Mas o que vem a ser calor? O que é temperatura? Calor é a energia térmica em trânsito, ou seja, é a energia que está sempre em constante movimento, sempre sendo transferida de um corpo para outro. Já temperatura é o grau de agitação das moléculas, ou seja, calor e temperatura são conceitos bem diferentes com os quais a termologia trabalha. O estudo da termologia, assim como os vários outros ramos de estudo da física, possibilita entender muitos fenômenos que ocorrem no cotidiano, como, por exemplo, a dilatação e contração dos materiais, bem como entender por que elas ocorrem e como ocorrem. São essas as formas de dilatação que a termologia estuda:  Dilatação superficial;  Dilatação volumétrica;  Dilatação dos líquidos. A termologia, mais precisamente a termodinâmica, estuda também os gases, adotando para isso um modelo de gás ideal denominado de gás perfeito, como também as leis que os regem e as transformações termodinâmicas que se classificam em:  Transformação isotérmica;  Transformação isobárica;  Transformação isocórica. Aspectos Macroscópicos e Microscópicos da Termologia O estudo macroscópico só se preocupa com aspectos globais do sistema: o volume que ocupa sua temperatura e outras propriedades que podemos perceber pelos nossos sentidos. Em geral do ponto de vista Macroscópico, analisando as propriedades globais do corpo: energia, posição, velocidade etc. Porém muitas vezes, para uma compreensão mais profunda do fenômeno, adotamos o ponto de vista Microscópico, onde são consideradas grandezas indiretamente medidas, não sugeridas pelos nossos sentidos. Nos fenômenos térmicos, Microscopicamente consideramos a energia das moléculas, suas velocidades, interações etc. Entretanto, os resultados obtidos Microscopicamente devem ser compatíveis com o estudo feito por meio de grandeza Macroscópica. Os dois pontos de vista se completam na Termologia, fornecendo de um mesmo fenômeno uma compreensão mais profunda. Por exemplo, a noção de temperatura a partir da sensação de quente e frio sugerida pelos nossos sentidos (ponto de vista macroscópico) Modulo de Física Aplicada – Curso de Radiologia Professora Daiane Ribeiro e Silva 12 se aprofunda quando consideramos o movimento molecular e entendemos a temperatura a partir desse movimento (ponto de vista macroscópico). Calor Quando dois corpos, em temperaturas diferentes, são postos em contato, observa-se que a temperatura do corpo mais quente diminui, enquanto que a temperatura do corpo mais frio aumenta. Essas variações de temperatura cessam quando as temperaturas de ambos se igualam (equilíbrio térmico). O Calor pode se propagar de três formas: por condução, por convecção e por irradiação, passaremos a discutir cada uma dessas possibilidades: CONDUÇÃO A condução de calor ocorre sempre que há diferença de temperatura, do ponto de maior para o de menor temperatura, sendo esta forma típica de propagação de calor nos sólidos. As partículas que constituem o corpo, no ponto de maior temperatura, vibram intensamente, transmitindo sua energia cinética às partículas vizinhas. O calor é transmitido do ponto de maior para o de menor temperatura, sem que a posição relativa das partículas varie. Somente o calor caminha através do corpo. Na natureza existem bons e maus condutores de calor. Os metais são bons condutores de calor. Borracha, cortiça, isopor, vidro, amianto, etc. são maus condutores de calor (isolantes térmicos). CONVECÇÃO Convecção é a forma típica de propagação do calor nos fluídos, onde a própria matéria aquecida é que se desloca, isto é, há transporte de matéria. Quando aquecemos um recipiente sobre uma chama, a parte do líquido no seu interior em contato com o fundo do recipiente se aquece e sua densidade diminui. Com isso, ele sobe, ao passo que no líquido mais frio, tendo densidade maior, desce, ocupando seu lugar. Assim, formam correntes ascendentes do líquido mais quente e descendentes do frio, denominadas correntes de convecção. IRRADIAÇÃO A propagação do calor por irradiação é feita por meio de ondas eletromagnéticas que atravessam, inclusive, o vácuo. A Terra é aquecida pelo calor que vem do Sol através da Irradiação. Há corpos que absorvem mais energia radiante que outros. A absorção da energia radiante é muito grande numa superfície escura, e pequena numa superfície clara. Essa é a razão por que devemos usar roupas claras no verão. Ao absorver energia radiante, um corpo se aquece; ao emiti-la, resfria-se. Modulo de Física Aplicada – Curso de Radiologia Professora Daiane Ribeiro e Silva 15 8. CALORÍMETRO Recipiente destinado a medir a quantidade de calor cedida ou recebida por um corpo. O calorímetro de água, um dos mais simples, tem sua constituição formada por um recipiente de alumínio, ferro ou cobre o qual é envolto por um material isolante, por exemplo, o isopor. Esse recipiente contem água numa quantidade conhecida. Na parte superior, desse recipiente encontra-se um termômetro. Seu uso dá-se da seguinte maneira: aquecemos uma amostra do material cujo calor específico desejamos conhecer, até que ela atinja uma determinada temperatura ; agitamos então a água do calorímetro e medimos sua temperatura ( 1); rapidamente colocamos a amostra no calorímetro, agitamos novamente a água e então medimos a temperatura ( f) de equilíbrio entre a água contida no recipiente e a amostra. Como não há perdas de calor para o ambiente durante a experiência, o calor cedido pela amostra ao resfriar-se é igual, em valor absoluto, ao calor ganho pela água. Exemplo: 1.Dentro de um calorímetro, cuja capacidade térmica é desprezível, colocou-se um bloco de chumbo com 4kg, a uma temperatura de 80ºC. O calorímetro contem 8kg de água a uma temperatura de 30ºC. Considerando cchumbo=0,0306cal/g.ºC e cágua=1 cal/g, determinar a temperatura final do sistema. Resolução: o sistema atinge o equilibrio termico quando todas as suas partes estão à mesma temperatura. Sabendo que o calorímetro não troca calor, podemos dizer que: Dilatação O estudo da dilatação dos sólidos possui importantes aplicações práticas, como a compensação da dilatação dos pêndulos, a dilatação dos trilhos e das pontes (e o conseqüente cálculo da separação entre os segmentos) ou o fabrico da vidraria de laboratório resistente ao calor. Chama-se dilatação todo acréscimo às dimensões de um corpo por influência do calor que lhe é transmitido. O fenômeno é explicado pela variação das distâncias relativas entre as moléculas, associada ao aumento de temperatura. Normalmente, são estudadas em separado a dilatação dos sólidos, a dos líquidos e a dos gases, distinguindo-se, no caso dos sólidos, a dilatação linear, a superficial e a volumétrica. Modulo de Física Aplicada – Curso de Radiologia Professora Daiane Ribeiro e Silva 16 Os estudos teóricos partem do conceito de coeficiente de dilatação, definido como o aumento de volume, área ou comprimento experimentado pela unidade de volume (área ou comprimento) quando a temperatura varia de 1o C. Ao denominar-se o coeficiente, se a temperatura varia de tO C, o aumento será; se o volume inicial era vo, o aumento total será, de forma que o volume v após a dilatação pode ser escrito como. De modo geral, os sólidos se dilatam menos do que os líquidos e estes menos do que os gases. Uma barra de ferro com um metro de comprimento a 0o C dilata-se apenas 1,2mm se a temperatura aumenta para 100o C (seu coeficiente de dilatação linear é, portanto, 1,2 x 10-5). Caso se deseje alongar a mesma barra por meio de uma força de tração, para idêntico acréscimo de comprimento seria necessário aplicar-lhe uma força de 2.400kg por unidade de área. Pode-se introduzir um conceito um pouco mais rigoroso de coeficiente de dilatação. Chamando de, respectivamente, os coeficientes linear, superficial e volumétrico, ter-se-ia: Um fio de aço apresenta curiosa anormalidade de dilatação, pois quando a temperatura atinge cerca de 700o C o fio experimenta uma contração para voltar a dilatar-se pouco depois. O fenômeno, reversível, denomina-se recalescência. As ligas de aço-níquel dilatam-se muito pouco e o coeficiente de dilatação varia com a maior ou menor percentagem de níquel nelas contida. O menor valor de corresponde a 36% de níquel, sendo a liga denominada invar para 46% de níquel, esse coeficiente torna-se igual a 0,9 x 10-5, valor igual ao da platina e ao do vidro comum, sendo a liga denominada platinite. Alguns corpos como a borracha e a argila contraem-se quando a temperatura se eleva. Esses corpos se aquecem quando são alongados por uma força de tração, ao contrário dos demais, que têm sua temperatura reduzida. A água dilata-se irregularmente. Um volume de água aquecido a partir de 0o C se contrai até 4o C; aí começa a dilatar-se. A água a 4o C possui, portanto, sua maior densidade, sendo tomada como unidade. Por isso as camadas profundas de mares e lagos estão à temperatura constante de 4o C. Dilatação Térmica Quando aquecemos um sólido qualquer, as suas dimensões geralmente aumentam. A este aumento das dimensões de um sólido, devido ao aquecimento, chamamos de dilatação térmica. As propriedades físicas de um corpo, tais como comprimento, dureza, condutividade elétrica, todas podem ser alteradas em função da alteração na temperatura desse corpo. Alguns exemplos: -os sistemas antigos de trilhos de trens mantém entre cada lance um pequeno espaço vazio. Isso se deve ao conhecimento que temos de que, quando aquecido, o ferro irá aumentar seu comprimento e, não havendo para onde se expandir, poderá causar danos à via férrea. Modulo de Física Aplicada – Curso de Radiologia Professora Daiane Ribeiro e Silva 17 (modernamente utilizam-se as curvas para dar vazão ao aumento no comprimento dos trilhos quando da dilatação). Um dos efeitos da temperatura é provocar a variação das dimensões de um corpo. Pois se aumentarmos a temperatura de um corpo, aumenta a agitação das partículas de seu corpo e conseqüentemente, as partículas se afastam uma das outras, provocando um aumento das dimensões (comprimento, área e volume) do corpo. A esse aumento das dimensões do corpo dá-se o nome de dilatação térmica. Exemplo: - As calçadas de cimento possuem, de longe em longe, pequenas canaletas, de cerca de 1cm. Isto evita que no verão, submetidas às altas temperaturas, as mesmas dilatem e se quebrem, sem ter para onde expandir. Dilatação Linear Dilatação linear é aquela em que predomina a variação em uma única dimensão, ou seja, o comprimento. (Ex: dilatação em cabos, barras, etc..) Ao elevarmos em 10ºC a temperatura de uma barra de ferro de 1m iremos verificar que seu comprimento aumenta em 0,012cm. Quando fizemos a mesma experiência com uma barra de ferro com o dobro do comprimento da primeira, notamos que o aumento do comprimento também foi o dobro do verificado na primeira barra. Isso nos leva a uma conclusão importante: A variação de comprimento de uma barra ao ser aquecida é diretamente proporcional ao seu comprimento inicial. Se fizermos a mesma experiência, agora não com uma barra de ferro e sim com uma barra de chumbo, mantendo o mesmo comprimento de 100cm e o mesmo aumento de temperatura de 10ºC, veremos que a mesma irá também aumentar de comprimento mas agora será de 0,027cm. Com isso concluímos que: A variação de comprimento de uma barra ao ser aquecida depende do material que a constitui. Modulo de Física Aplicada – Curso de Radiologia Professora Daiane Ribeiro e Silva 20 O que é um termômetro? Um termômetro é um instrumento que mede quantitativamente a temperatura de um sistema. A maneira mais fácil de se fazer isso é achar uma substância que possua uma propriedade que se modifica de modo regular com a temperatura. A forma direta mais 'regular' é a forma linear: t(x) = ax + b, [4.1] onde t é a temperatura da substância utilizada e muda com a propriedade x da substância. As constantes a e b dependem da substância utilizada e podem ser calculadas especificando dois pontos na escala de temperatura, tais como 0o para o ponto de congelamento da água e 100o para o seu ponto de ebulição. Por exemplo, o elemento mercúrio (o único metal líquido em baixas temperaturas) é líquido no intervalo de temperatura de -38.9° C a 356.7° C. Como todo líquido, o mercúrio expande à medida em que ele é aquecido. Sua expansão é linear e pode ser calibrada com precisão. Temperatura do Corpo Humano É o grau de agitação molecular de um corpo. Regulação térmica do corpo humano Temperatura ideal do corpo = 36,5 ºC O equilíbrio térmico do organismo é descrito pela equação: M +- C +- H +- R – E = zero ____________________________ (equação do balanço térmico) • M = calor gerado pelo metabolismo • C = calor trocado por condução • H = calor trocado por convecção • R = calor trocado por radiação • E = calor perdido por evaporação Modulo de Física Aplicada – Curso de Radiologia Professora Daiane Ribeiro e Silva 21 Equação do balanço térmico M = Metabolismo O organismo libera calor na taxa de 20 a 500 kcal/hora C = Condução É o calor transferido entre o corpo e os objetos (vestimentas) através do contato físico direto. Normalmente é pequeno devido à baixa condutibilidade das vestimentas. H = Convecção É a troca de calor entre o corpo e os fluidos que o envolvem. Pode ser grande, dependendo da velocidade do ar em volta do corpo. R = Radiação É a troca de calor entre o corpo e os outros corpos materiais através de emissões radioativas. E = Evaporação É a perda de calor que acontece na mudança de fase da água pro vapor. A evaporação depende da umidade do ar, uma vez que esta indica a quantidade de vapor que o ar pode receber. Depende também da velocidade do vento. Quanto mais seco o ar, mais fácil a evaporação. O movimento do ar auxilia a evaporação pois tira a camada saturada das proximidades da pele. Limites do corpo humano O corpo humano resiste atingir a temperaturas próximas de 39 ºC durante curtos períodos de tempos. A partir de 41 ºC o mecanismo regulador entra em colapso, assim como os tecidos e principalmente o cérebro. Aos 42 ºC sobrevém a morte. Curiosidade * A temperatura do corpo não fica estabilizada o dia inteiro. Ela sobe para 37,2 às 5 ou 6 da tarde e vai caindo para 36 graus durante a madrugada. Máquina Térmica As máquinas térmicas são máquinas capazes de converter calor em trabalho. Elas funcionam em ciclos e utilizam duas fontes de temperaturas diferentes, uma fonte quente que é de onde recebem calor e uma fonte fria que é para onde o calor que foi rejeitado é direcionado. Modulo de Física Aplicada – Curso de Radiologia Professora Daiane Ribeiro e Silva 22 A respeito das máquinas térmicas é importante saber que elas não transformam todo o calor em trabalho, ou seja, o rendimento de uma máquina térmica é sempre inferior a 100%. Podemos calcular o rendimento de uma máquina térmica se sabemos o quanto de trabalho ela produz (T) e o quanto de calor foi fornecido pela fonte quente (Q). Matematicamente, podemos expressar o rendimento (R) por: R=T/Q , que resulta sempre em um valor menor do que 1 ou 100%. Se uma máquina recebe um calor Q1 da fonte quente, cede um calor Q2 para a fonte fria e realiza um trabalho (T), segundo o Princípio da conservação de energia: Q1 = T + Q2, logo o trabalho será: T = Q1 - Q2 e, portanto, o rendimento desta máquina será calculado por: , ou seja, , o que deixa claro que sua eficiência é menor do que 1. Obs.: a utilização do módulo de Q2 é necessária em função da Primeira Lei. Lembre-se: se o sistema recebe calor, a quantidade de calor é positiva (Q>0) e se o sistema cede calor, a quantidade de calor é negativa (Q<0); Nicolas Leonard Sadi Carnot, engenheiro francês, imaginou um ciclo ideal (Ciclo de Carnot), onde a eficiência da conversão de energia térmica em trabalho mecânico é máxima, mas com seus estudos, logo percebeu que não havia como evitar a perda de uma quantidade de calor em qualquer máquina a vapor, o que foi a base para a Segunda Lei da termodinâmica. Ondas No estudo da física, onda é uma perturbação que se propaga no espaço ou em qualquer outro meio, como, por exemplo, a água. Uma onda transfere energia de um ponto para outro, mas nunca transfere matéria entre dois pontos. As ondas podem se classificar de acordo com a direção de propagação de energia, quanto à natureza das ondas e quanto à direção de propagação. Modulo de Física Aplicada – Curso de Radiologia Professora Daiane Ribeiro e Silva 25 Micro-ondas 10 9 - 10 6 10 - 0.01 3 x 10 9 - 3 x 10 12 10 -5 - 0.01 Infra-vermelho 10 6 - 7000 0.01 - 7 x 10 -5 3 x 10 12 - 4.3 x 10 14 0.01 - 2 Visível 7000 - 4000 7 x 10 -5 - 4 x 10 -5 4.3 x 10 14 - 7.5 x 10 14 2 - 3 Ultravioleta 4000 - 10 4 x 10 -5 - 10 -7 7.5 x 10 14 - 3 x 10 17 3 - 10 3 Raios-X 10 - 0.1 10 -7 - 10 -9 3 x 10 17 - 3 x 10 19 10 3 - 10 5 Raios Gama < 0.1 < 10 -9 > 3 x 10 19 > 10 5 Ondas de luz Propagação da luz Inúmeras experiências demonstram que a luz se propaga em linha reta e em todas as direções, em qualquer meio homogêneo e transparente. Chama-se raio luminoso a linha que indica a direção de propagação da luz. O conjunto de raios que parte de um ponto é um feixe. Se o ponto de onde procedem aos raios está muito distante, os raios são considerados paralelos. Numa casa às escuras, uma pequena abertura numa janela nos permite observar a trajetória reta da luz. Do mesmo modo, se fizermos alguns furos nas paredes de uma caixa opaca e acendermos uma lâmpada em seu interior, percebemos que a luz sai por todos os orifícios, isto é, ela se propaga em todas as direções. A luz propaga-se em linha reta. Por isso, a chama da vela só será vista se os furos da cartolina e o olho estiverem alinhados com ela. Ondas de luz: o olho como uma antena receptora A luz que nos ilumina é uma onda "elétrica" semelhante a uma onda de rádio ou televisão. A diferença está apenas no comprimento de onda que é muito menor nas ondas de luz do que nas ondas de rádio. Quais são as antenas emissoras e receptoras das ondas de luz? São os átomos ou moléculas das substâncias que emitem ou captam a luz. Considere, por exemplo, a tela de seu monitor nesse exato instante. Nela existem átomos cujos elétrons estão em vibração com alta freqüência. Elétrons são cargas e, como sabemos, cargas vibrantes emitem ondas elétricas. Essas ondas se propagam e penetram seus olhos, atingindo suas retinas. As retinas de seus olhos têm células sensíveis à luz - elas são as antenas receptoras que vão ser excitadas pelo campo elétrico da luz. Como no caso do rádio, essa excitação é transformada em um sinal (no caso, um sinal nervoso) e enviada ao cérebro, onde é "decodificada" no que chamamos de "visão". A luz emitida pelo monitor é "não-polarizada". E não podia ser diferente já que os elétrons que oscilam nos átomos da tela do monitor oscilam em todas as direções possíveis emitindo ondas com campos elétricos em qualquer direção. Modulo de Física Aplicada – Curso de Radiologia Professora Daiane Ribeiro e Silva 26 As células da retina (que atuam como antenas receptoras) também estão distribuídas ao acaso, em todas as direções possíveis. Portanto, podem captar ondas com qualquer polarização. Em outras palavras, nossos olhos não são sensíveis a diferenças de polarização da luz que recebem. Ao que parece, alguns animais, principalmente insetos, têm olhos que podem distinguir a polarização da luz. É a chamada visão-P que serve para orientar esses seres ao se deslocarem em suas tarefas normais. Óptica A óptica é o capitulo da física que estuda os fenômenos relacionados à luz, uma das formas pelas quais a energia se manifesta. O que denominamos quotidianamente de luz é apenas uma pequena parcela de um vasto conjunto, o espectro eletromagnético, de coisas do mesmo tipo. Distinguimos as diversas partes deste espectro por valores diferentes de algo que varia, esta quantidade variável é a "frequência". A luz visível é do mesmo tipo de energia que as emissoras de rádio emitem. As ondas de rádio são emitidas também por algumas estrelas e gases do espaço, essas ondas não são para dançar, servem para sabermos do que são feitas e qual material eles possuem. Modulo de Física Aplicada – Curso de Radiologia Professora Daiane Ribeiro e Silva 27 Ilusão de óptica Microondas, aquelas que você usa para fazer pipocas em poucos minutos! No espaço, os astrônomos usam para descobrir a estrutura de nossa galáxia. Infravermelho, forma de onda de transmissão do calor, que sentimos na pele, devido ao nosso tato. No espaço, usamos para mapear a poeira existente entre as estrelas. A luz visível é a parte que enxergamos devido aos nossos olhos. É emitida por qualquer coisa, desde os vagalumes, as lâmpadas, as estrelas... Até por partículas rápidas batendo em outras partículas. Ultravioleta, sabemos que o Sol é uma fonte de UV, porque esses raios podem causar câncer de pele. Os Raios - X são usados pelos médicos e pelos dentistas. Gases quentes do Universo também emitem Raios - X. Os Raios Gamas são emitidos por materiais radioativos. Os grandes aceleradores de partículas, usados pelos cientistas para descobrirem do que é feito a matéria, emitem raios gama. A óptica é dividida em: a) óptica física - estuda a natureza da luz. b) óptica geométrica - estuda a trajetória da propagação da luz. c) óptica fisiológica - estuda os mecanismos responsáveis pela visão.