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As Ondas Electromagnéticas e a Comunicação à Distância
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Rita Brezinski Canejo
1 As Ondas Electromagnéticas e a Comunicação à Distância José Figueiredo Departamento de Física Faculdade de Ciências e Tecnologia Universidade do Algarve (temas-interesse.htm) 1
2 Conteúdo Introdução: a necessidade e o engenho Definições e conceitos Descobertas do electromagnetismo Modulação de sinais Conversão de sinais analógicos em sinais digitais Bandas electromagnéticas Sistemas de comunicação mais comuns Vantagens das comunicações por fibra óptica Futuro Bibliografia 2
3 A necessidade e o engenho 1º Encontro Regional de Professores de Física e Química, Abril 2004 O progresso das sociedades esteve, e permanece, muito ligado à habilidade de comunicar. Inicialmente, o homem comunicava por guinchos, expressões faciais e gestos simples. O desenvolvimento da linguagem permitiu passar da organização familiar e tribal para a de nação. Uma vez acordado um padrão comum, a melhoria do alcance e da velocidade de transmissão da mensagem passaram a ser os objectivos. Assim, os impérios promoveram redes de estradas de forma a permitir aos mensageiros espelharem rapidamente as decisões dos soberanos, reforçando a unificação dos impérios. As descobertas do electromagnetismo e o desenvolvimento de equipamentos e de sistemas de comunicação baseados em processos electromagnéticos permitiram avanços significativos nas relações entre indivíduos e entre sociedades, intensificando as relações entre países e povos um passo importante na difusão do conhecimento e na «globalização» pessoal e mundial 3
4 Características de um sistema de comunicação Parâmetros que caracterizam o desempenho: volume de informação (quantidade de informação) rapidez (velocidade a que mensagem se propaga) alcance (distância entre emissor e receptor) Actualmente, os parâmetros mais relevantes são: taxa de transmissão (bits/s) confiança e segurança, custo por unidade de informação (bit) e adequação A taxa de transmissão máxima determina as características físicas dos equipamentos e as técnicas usadas na transmissão e na recepção da informação. Bit [bit] s. m. (inform.) pal. ing. que designa a unidade mais pequena que se pode armazenar na memória de um computador; cada um dos algarismos de numeração de base 2, isto é, o 0 e o 1; unidade binária de quantidade de informação (Abrev. da express. ing. binary digit, «dígito binário»). 4
5 Procura de comunicação Até às descobertas do electromagnetismo, no século XIX, os sistemas de comunicação eram pouco eficientes, mesmo após a invenção da imprensa em 1440, que disponibilizou grandes quantidades de informação. A telegrafia e o telefone eléctricos permitiram avanços significativos, intensificando as relações entre países e povos um passo importante para globalização alcance (km) rapidez (tempo) taxa (bits/s) Semanas seg
6 População mundial vs sistemas de comunicação População mundial milhões * televisão (~1930) * telegrafia s/ fios (1895) * filme fotográfico (1889) * fonógrafo (1877) 1830 * telefone (1876) * cabo transatlântico (1858) * telegrafia com fios (1844) * imprensa cilíndrica (1814) * imprensa de Gutenberg (1440) * imprensa de blocos * alfabeto * número * pergaminho * papiro * cuneiforme * fala * hieróglifo 6,3 giga * telemóvel (~1990) * internet (~1980) * fibras ópticas (~1970) * satélites (1962) µ processador µ electrónica * transístor (1947) 6
7 Definições e conceitos 7
8 Comunicação, informação e mensagem Comunicação é o acto de enviar informação, mensagens, sinais de um local para outro; comunicar (Do lat. communicāre, «dividir alguma coisa com alguém»); Informação é um conjunto de dados, em princípio imprevisíveis, recebidos pelo homem, por intermédio dos seus sentidos, ou por uma máquina; conjunto de dados que podem ser transmitidos por um sinal ou uma combinação de sinais; Mensagem é a sequência ordenada de símbolos no âmbito de um processo de comunicação; 8
9 Constituintes de um sistema de comunicação : Fonte ou emissor codificador + transmissor meio ou canal de transmissão receptor + descodificador destinatário Fonte de informação Codificador Transmissor Destino de informação Descodificador Receptor Meio ou canal de transmissão 9
10 Comunicação quanto à distância Consoante a distância que separa o transmissor do receptor tem-se: Comunicação a curta distância Comunicação a longa distância ou telecomunicação O prefixo tele é o elemento de formação de palavras que exprime a ideia de longe, à distância (do gr. tēle, «longe»). 10
11 Sistemas de comunicação primitivos 11
12 Formas de comunicação A comunicação entre pessoas é baseada nas habilidades de ouvir, de ver e de falar: comunicação áudio (a mais comum e conveniente) (conversação, tambores, telefone,...) comunicação «visual» (gestos, padrões de luz, escrita, fotografia, televisão,...) As máquinas comunicam através de troca de dados comunicação de dados (telegrafia, telecomandos, redes de computadores,...) 12
13 Telegrafia (exemplos: sinais de fumo e de fogo) Sinais gestuais Sinais de fogo Sinais de fumo (romanos 150 a. C.) Sinais sonoros Telegrafia (Do gr. tēle, «longe» + gráphein, «escrever» + -ia) 13
14 Telegrafia (semáforo) Telégrafo de água (360 a. C.) Semáforo (1794) Semáforo (Do gr. sēma, «sinal» + phorós, «portador») 14
15 Comunicação áudio A troca de informação áudio usa o sentido da audição. O som propaga-se em todas as direcções com velocidade ~340 m/s. Alcance limitado (a intensidade de uma onda sonora diminui com o quadrado da distância; pensar no telefone primitivo (Do gr. tēle, «longe» + phoné, «voz») Taxa de transmissão é pequena, Pouca segurança. 15
16 Comunicação «visual» A troca de informação «visual» usa o sentido da visão. As formas primitivas empregavam, por exemplo, expressões faciais, posições do corpo, clarões de luz, sinais de fumo e de fogo. Taxa de transmissão elevada: permite o envio e a recepção de mensagens em paralelo. Alcance limitado (a informação visual viaja mais rapidamente que o som, mas, em geral, apenas pode ser vista a curtas distâncias). 16
17 Comunicação de dados Informações que podem ser aceites, armazenadas, tratadas, fornecidas pelo homem ou por uma máquina. Até ao advento da electricidade a troca de dados entre máquinas, ou entre o homem e as máquinas, era realizada usando processos mecânicos. Alcance e rapidez pequenos. Alcance e a rapidez suficientemente elevados exigem que a interacção e a troca de dados ou instruções envolva processos electromagnéticos. 17
18 Descobertas do electromagnetismo e da óptica na génese das comunicações modernas 18
19 As comunicações modernas Requerem a transformação da informação inicial em sinais electromagnéticos através das técnicas de transdução e de modulação/desmodulação de sinais: 1º- Os dados «originais» (os sons, as imagens, etc.) são convertidos numa «série» de sinais electromagnéticos 2º- Estes sinais electromagnéticos são «adicionados» através de técnicas de modulação a sinais electromagnéticos de muito maior frequência a portadora -, e em seguida transmitidos através de fios, do espaço livre ou de fibras ópticas, 3º- Os sinais originais (informação original) são recuperados através de desmodulação no receptor quando este está sintonizado na portadora correspondente. 19
20 Um pouco de história De acordo com Tales de Mileto, ao se esfregar âmbar com pele de carneiro, observou-se que pedaços de palha eram atraídos pelo âmbar. A palavra eléktron (ἤλεκτρον) significa âmbar em grego. O magnetismo era conhecido através do mineral magnetite. A electricidade e o magnetismo apenas começam a ser estudados com rigor científico a partir do século XVI. Por volta de 1550, Gerolamo Cardano discute no livro De Subtilitate as diferenças entre forças eléctricas e forças magnéticas. Em 1600 William Gilbert publica De Magnete, onde desenvolve um trabalho metódico sobre as propriedades do magnetismo. 1660: Otto von Guericke inventa o primeiro gerador electrostático, chamado de Elektrisiermaschine. 20
21 As descobertas da electricidade e do magnetismo até : Robert Boyle descobre que as forças eléctricas também actuam no vácuo. 1714: Luigi Galvani realiza experiências com electricidade na dissecção de animais, fazendo com que uma rã movesse as pernas. 1729: Stephan Gray descobriu que a electricidade pode ser transmitida através de fios eléctricos. 1733: Du Fay refere a existência de dois tipos de electricidade, o que mais tarde seria identificado como "positivo" e "negativo". 1746: Gralath inventou o electrómetro (de electro- + -metro). 1750: Benjamin Franklin provoca uma descarga eléctrica durante uma tempestade e inventa o pára-raios. 1800: Alessandro Volta desenvolve a pilha voltaica, precursor das baterias modernas. A pilha de Volta era capaz de produzir corrente contínua. Até 1800 não era feita qualquer associação entre electricidade e magnetismo. 21
22 O espectro electromagnético no séc. XVIII Até ao início do século XIX, a electricidade e o magnetismo eram duas «coisas» sem qualquer relação. ~1895 O nosso detector óptico natural é apenas sensível às cores do arco-íris No início do sec. XIX apenas se conhecia a parte do espectro electromagnético visível, e não se sabia muito bem o que era a luz (hoje, pouco mais sabemos ) ~
23 A descoberta dos infravermelhos e dos ultravioletas No século XVII, Newton tinha decomposto a luz solar Em 1800, William Herschel, ao examinar o poder «calorífico» da radiação solar, descobriu a radiação infravermelha Em 1801, Carl Wilhelm Scheele, ao estudar o poder «escurecedor» da radiação solar no nitrato de prata, descobriu a radiação ultravioleta 23
24 1820: Electricidade cria magnetismo (Ørsted) r r r E B = µ J + µε t A electricidade pode comportar-se como um íman. 24
25 1831: Magnetismo cria electricidade (Faraday) Faraday fazia questão de expressar as suas descobertas de maneira compreensível ao comum dos mortais r H = µ t Sempre que uma força magnética aumenta ourdiminui, r produz d electricidade; r r r E dl = µ H ds E quanto mais depressa dt se dá esse aumento ou diminuição, mais electricidade se produz. r E r B = t 25
26 1867: Maxwell prevê ondas electromagnéticas 1867 r 2 1 E = 2 r B = c t r 2 B 2 2 c t y r E 2 x H y r r r E B = µ J + ε r t r B E = t E r = ρ /ε B r = 0 E e H (B) formam todas as «LUZES»! z E x k r z c km/s!!! 26
27 1887: Hertz produz ondas electromagnéticas 1887 V +q -q 27
28 Geração de ondas electromagnéticas A radiação electromagnética é produzida sempre que ocorre uma alteração de fluxo de carga eléctrica e fluxo magnético. Exemplo: quando a intensidade de corrente eléctrica varia é gerada uma onda electromagnética este é o princípio de funcionamento de uma antena. Uma antena radia eficientemente energia se a sua dimensão for da ordem de meio comprimento de onda da radiação. No vazio a radiação electromagnética propaga-se a km/s, independentemente das suas características (amplitude, frequência e fase). Num meio material a velocidade de propagação depende da frequência. 28
29 Propagação de ondas electromagnéticas A energia electromagnética distribui-se uniformemente em redor da fonte e propaga-se afastando-se radialmente (como ocorre numa lâmpada incandescente). A intensidade da onda num dado ponto do espaço depende da potência da fonte e é inversamente proporcional ao quadrado da distância desta a esse ponto (propriedade útil em iluminação ou radiodifusão, embora na comunicação pontoa-ponto não seja vantajosa porque apenas uma fracção de energia atinja o receptor, sendo o resto «desperdiçado»). O uso de reflectores parabólicos ou antenas que direccionam espacialmente a energia, aumenta o alcance da radiação emitida. O alcance é limitado pela inevitável atenuação do sinal. Os fenómenos que limitam o alcance são: a absorção e a dispersão pela atmosfera, obstáculos e o ruído (radiação gerada por outras fontes). O seu impacto é, em geral, dependente da frequência da radiação. A guiagem da radiação usando cabos, guias de onda e fibra óptica reduz fortemente os seus efeitos. 29
30 Os «usos» da radiação electromagnética 30
31 31 t B E t D J H B D = + = = = r r r r r r r 0 ρ t P t J c t J E = + + r r r r µ µ as trevas cobriam o abismo e Deus disse» e foi feita a primeira criatura de Deus, a luz (Génesis 1, 1-4): Deus viu que a luz era boa e separou a luz das trevas. «No princípio ( ) E J M H B P E D r r r r r r r r σ µ ε = + = + = 0 0
32 Sistemas de telecomunicação modernos 32
33 A revolução das comunicações (séc. XX) As comunicações modernas requerem a transformação da informação inicial em sinais electromagnéticos: os dados «originais» (padrões de som, de luz, de códigos, etc.) são convertidos numa «série» de padrões electromagnéticos. Estes são transferidos através de fios, de cabos coaxiais, de fibras ópticas, ou do espaço livre, sendo reconvertidos no receptor na informação original, ou noutras formas aceitáveis pelo homem ou por máquinas. A revolução das comunicações é resultado das descobertas do electromagnetismo no século XIX. 33
34 Constituintes de um Sistema de comunicação Constituintes: emissor transmissor meio ou canal de transmissão receptor destinatário Fonte de informação Codificador Transmissor Destino de informação Descodificador Receptor Meio ou canal de transmissão 34
35 Modos de transferir informação propagação guiada (fios, cabos, tubos, fibra óptica) Transmissor Receptor propagação livre (na atmosfera ou via satélite) transmissor receptor 35
36 1844: Telegrafia de fios (Samuel Morse) 1729: Stephan Gray descobriu que a electricidade pode ser transmitida 1746: Gralath inventou o electrómetro (de electro- + -metro) Telégrafo de fios «Do que se havia de lembrar Deus!» («Que maravilhas fez Deus!») What hath God wrought?" (Bible, Numbers 23:23) (primeira mensagem enviada por S. Morse no telégrafo entre Washington DC e Baltimore) 36
37 1880: o «fotofone» (Bell) 37
38 1901: Transmitir e receber ondas electromagnéticas Marconi antena transmissor antena receptor coesor relé Coesor: detector de radiações electromagnéticas cujo funcionamento se baseia na variação de condutibilidade eléctrica da limalha metálica quando submetida a essas radiações. 38
39 Dispositivos electromagnéticos para comunicação Telegrafia com fios, ~1835 (Morse) Telecópia (fax), ~1843 (Alexander Bain) Telefone com fios, ~1876 (Bell) Telegrafia sem fios, ~1894 (Marconi) Radiofonia, ~1905 (Reginald Fessenden) Televisão, ~1920 (Charles Jenkins, Paul Nipkow) Telefone sem fios (telemóvel), ~1946 Satélite de comunicações, ~1962 Redes de computadores, ~1976 Comunicações móveis e comunicações ópticas, ~
40 Espectro electromagnético e bandas electromagnéticas usadas para comunicar à distância 40
41 Bandas electromagnéticas na comunicação Principais bandas de frequência usadas nas telecomunicações Radiofrequências (propagação livre e guiada) Microondas (propagação livre e guiada) Infravermelho (propagação guiada) Visível (propagação guiada) Quanto maior for a frequência da portadora mais informação esta pode «carregar», razão porque a comunicação por microondas e luz infravermelha, através de fibra óptica, «ganha terreno». 41
42 Radiofrequências e microondas Radiação com frequência entre 3 khz e 300 GHz. 10 kh largura de banda (540 khz khz) 106 estações possíveis 200 kh largura de banda (88,1 MHz 108,1 MHz) 100 estações possíveis Telemóvel Satélite Rádio AM m 6 MHz por canal de TV 1 GHz 30 cm. Ondas curtas TV VHF Rádio FM TV UHF m 3 m 30 cm Frequência (Hz) Comprimento de onda (m) Micro-ondas 2,45 GHz (12,2 cm) cm 42
43 Infravermelho (Herschel, 1800) e visível Infravermelho: radiação com frequência entre 300 GHz (1 mm) e 400 THz (0,750 µm). (A faixa 0,1 THz até 10 THz designa-se raios T.) Aplicações: comunicação (janela: 800 nm, 1300 nm THz, 1550 nm 193 THz), entretenimento (controle remoto e CD/DVD), visão nocturna, vigilância; Visível: radiação com frequência entre 400 THz (750 nm) e 769 THz (390 nm). Aplicações: visão, projecção, comunicação, vigilância, entretimento; 43
44 A onda portadora E x k r Onda portadora z H y Uma onda monocromática não transporta informação. Para adicionar informação é necessário modular a onda. A modulação é a alteração provocada, propositadamente, nas características de uma oscilação ou de uma onda (amplitude, frequência, etc.) de forma a introduzir informação numa onda sinusoidal (portadora); processo de adicionar «sinais» (informação) a uma onda de frequência muito superior à frequência máxima dos sinais (onda portadora); 44
45 Modulação de sinais 45
46 Modular uma onda electromagnética A modulação: processo de adicionar «sinais» (informação) a uma onda sinusoidal (portadora) de frequência muito superior à frequência máxima dos sinais (onda portadora); Onda portadora Amplitude modulada Frequência modulada A modulação permite que sinais de elevado comprimento de onda sejam «transportados» por portadoras de muito menor comprimento de onda. Quanto maior for a frequência da portadora mais informação esta pode «carregar», razão porque a comunicação por fibra óptica «ganha terreno». 46
47 Modulação de amplitude (AM) Onda portadora Modulador de Amplitude Amplitude modulada Sinal sonoro Rectificação Onda modulada T <<τ = RC << P T S C R sinal audio 47
48 Modulação de frequência (FM) Onda portadora Modulador de Frequência Frequência modulada Sinal sonoro T <<τ = RC << P T S 48
49 Modulação amplitude pulsada (PAM) Onda portadora Modulador de pulsos Onda modulada Sinal sonoro Transmissão de um sinal SOS usando impulsos de luz: Informação: SOS Código Morse 49
50 Comunicações digitais: Conversão de sinais analógicos em sinais digitais 50
51 Sinais analógicos e digitais Os sistemas de comunicação podem manipular a informação de duas forma distintas: analógica: as quantidades que variam de forma contínua são transformadas noutros sinais contínuos; digital: os sinais contínuos são decompostos em quantidades discretas que são tratadas para formar sinais eléctricos, representativos da grandeza contínua, que apenas podem tomar 2 valores [por exemplo 5 V ( 1 ) e 0 V( 0 )]; Vantagens: os sinais digitais podem ser tratados pelos interruptores electrónicos que comutam entre apenas dois estados (valores) e são menos sensíveis a interferências. 51
52 Efeito do ruído em sinais analógicos e digitais Efeito do ruído num sinal analógico sinal analógico com ruído sinal analógico (com ruído) atenuado sinal analógico (com ruído) amplificado tempo tempo tempo Efeito do ruído num sinal digital sinal digital com ruído tempo sinal digital (com Ruído) «atenuado» tempo sinal digital recuperado tempo 52
53 Amostragem e digitalização Sinal analógico Sinal quantificado usando 16 níveis (4 bits): Digitalização 5 V ( 1 ) 0 V ( 0 ) Amostragem Regra de Nyquist: f amos 2f max Sinal analógico amostrado Sinal codificado na base binária (4 bits 2 n valores) tem-se: ( ) Sinal digital tempo 53
54 Sistemas de comunicação mais relevantes 54
55 Radiofrequências e microondas Radiação com frequência entre 3 khz e 300 GHz. 10 kh largura de banda (540 khz khz) 106 estações possíveis 200 kh largura de banda (88,1 MHz 108,1 MHz) 100 estações possíveis Telemóvel Satélite Rádio AM m 6 MHz por canal de TV 1 GHz 30 cm. Ondas curtas TV VHF Rádio FM TV UHF m 3 m 30 cm Frequência (Hz) Comprimento de onda (m) Micro-ondas 2,45 GHz (12,2 cm) cm 55
56 «Guiar» ondas rádio e microondas Cabos coaxiais Usados como meio de transmissão nas comunicações a longa distância e a taxas de transferência elevadas. Estão a ser substituídos por cabos de fibras ópticas. Guias de onda Cabos submarinos Usados para ligar o transmissor à antena e em circuitos de micro-ondas. 56
57 Radiodifusão (rádios AM e FM, e TVs) Ondas rádio: AM (0,5 MHz 1,6 MHz), MF (0.3 MHz - 3 MHz), VHF (30 MHz MHz), UHF (0.3 GHz - 1 GHz) 57
58 Comunicação por microondas através do ar e por cabo Microondas: portadoras em torno dos 4 GHz e dos 8 GHz <50 km Cobre: MF (0.3 MHz - 3 MHz), VHF (30 MHz MHz), Fibra óptica: portadoras 230 THz (1300 nm) e 193 THz (1550 nm). Cabo (cobre <10 km; fibra óptica >50 km ) 58
59 Comunicação móvel microondas 59
60 Comunicação por satélite (microondas) Portadoras nas bandas: C (4 GHz 8 GHz) Ku (12 GHz 18 GHz) Sistema Galileu 60
61 Comunicação por satélite Sistema Galileu microondas fibra óptica Elevadas taxas ou longa distância 61
62 Comunicação móvel (telemóvel GSM *, etc.) Rx 935 MHz MHz; Tx 890 MHz MHz; 124 canais (8 utilizadores por canal); 200 khz de separação entre canais; taxa de transmissão ~270 kb/s Número de canais permitidos: (960 MHz MHz)/200 khz=125 * GSM: Global System for mobile communications 62
63 Comunicação por fibra óptica Infravermelhos: portadoras 230 THz (1300 nm) e 193 THz (1550 nm). Visível: portadoras entre 400 THz (750 nm) e 769 THz (390 nm). até milhares de quilómetros fibra óptica 63
64 Sistema de comunicação por fibra óptica Informação (som, vídeo, dados) Laser Sinal óptico contínuo Sinal eléctrico digital t modulador Sinal óptico digital (luz laser modulada) Fibra óptica Potência óptica Detector Sinal eléctrico digital t Informação (som, vídeo, dados) 64
65 Sistema de comunicação por fibra óptica Transmissão de um sinal SOS usando impulsos de luz: Informação (som, vídeo, dados) Laser Sinal óptico contínuo Potência óptica Detector Sinal eléctrico digital V Sinal óptico t digital modulador (luz laser modulada) Sinal eléctrico digital V t Informação: SOS Código Morse Fibra óptica Informação (som, vídeo, dados) SOS 65
66 Vantagens das comunicações por fibra óptica 66
67 Vantagem: largura de banda e baixas perdas (db/km) Perdas em fibras Comprimento de onda (µm) 1 THz=10 3 GHz 25 THz/50 GHz (500 canais) (13 canais representados) B L [(bit/s)-km] Ano Bel é a unidade logarítmica usada em engenharia de telecomunicações, para comparar duas potências (modernamente usa-se mais o decibel, db) (De A. G. Bell, antr., físico escocês, ). 67
68 Fibra óptica: confinar a luz Camada que reflecte a luz que viaja no núcleo (bainha, ~125 µm) Cabo de fibra óptica para telecomunicações Cobertura de plástico núcleo bainha núcleo (5 µm -10 µm) Camada de plástico protectora Cabo de metal para reforço monomodo multímodo O índice de refracção do núcleo é ligeiramente superior ao da bainha. As fibras podem ser monomodo ou multímodo. Uma fibra é multímodo quando o diâmetro efectivo do núcleo é superior ao comprimento de onda. 68
69 1841 (Colladen ) e 1870 (Tyndall) «guiam» a luz 69
70 Como tirar partido da largura de banda? Multiplexagem de comprimento de onda (WDM) Multiplexador: a unidade funcional que torna possível que muitos sinais diferentes se propaguem pelo mesmo meio de transmissão. Mais de 100 canais (comprimentos de onda) espaçados de 50 GHz, com taxas de transmissão de 40 Gb/s por canal, a que correspondem 4 Tb/s de informação (equivalente mais de 70 milhões de chamadas telefónicas simultâneas), sem regeneração eléctrica a mais de km. 70
71 Sistema de comunicação com fibra óptica 71
72 Sistema de comunicação com fibra óptica 72
73 Sistema de comunicação com fibra óptica 73
74 Futuro 74
75 Futurologia O problema da futurologia é que não é possível prever o futuro Contudo, podemos sempre teorizar Mas convém ter sempre a noção que estamos a especular (fazer conjecturas sobre o que há-de suceder, quase sempre alheias à experiência). Deixo à vossa imaginação. 75
76 Questões? Muito obrigado! 76
77 Bibliografia - Enciclopédia Visual da Ciência, Editorial Verbo, História da Ciência de 1543 ao presente, John Gribbin, Europa-América, Cinco equações que mudaram o mundo, Michael Guillen, Gradiva. - A imagem da Natureza na Física Moderna, Werner Heisenberg, Livros do Brasil. - Paradoxos e Realidade: Ensaio sobre os fundamentos da microfísica, Franco Selleri, Fragmentos, O poder da luz, National Geographic, Outubro A Evolução da Física: de Newton à Teoria dos Quanta, Albert Einstein e Leopold Infeld, Livros do Brasil. - O Annus Mirabilis de Einstein - cinco artigos que revolucionaram a Física, John Stachel, Gradiva, Albert Einstein, Leopold Infeld, Publicações Europa-América,. - Subtil é o senhor - Vida e pensamento de Albert Einstein, Gradiva. - Cosmos, Carl Sagan, Gradiva. - Um mundo infestado de demónios, Carl Sagan, Gradiva
78 Nota prévia 1º Encontro Regional de Professores de Física e Química, Abril 2004 Um dos mandamentos da Física, e da Ciência em geral, é desconfiar das afirmações das «sumidades» : não esquecer que os cientistas são primatas e, portanto, muito propensos a hierarquias de domínio. Esta apresentação foi preparada a partir da sessão plenária do 1º Encontro Regional de Professores de Física e Química: RADIAÇÕES ELECTROMAGNÉTICAS E COMUNICAÇOES, e da palestra As descobertas do electromagnetismo e a comunicação (Equipa UALG), e do tema da «oficina»: Demonstrações Experimentais das propriedades da luz e de sistemas de comunicação usando a luz. A apresentação pode conter imprecisões (e contêm com certeza erros involuntários) e traduz a opinião ou visão pessoal do autor sobre os assuntos (científicos ou não). O autor pede desculpa por quaisquer omissões bibliográficas e, se chamado à atenção das mesmas, terá todo o prazer em proceder à sua inclusão em futuras versões. Agradece-se a comunicação dos erros e das omissões, bem como o envio de comentários ou sugestões, para 78
79 As origens do «método científico» Há cerca de 2500 anos na Jónia (Grécia Antiga) alguns sábios começaram a assumir que tudo era feito de átomos; que os seres vivos resultavam de formas simples; que as doenças não eram causadas por demónios, que a Terra era apenas um planeta que gira à volta do Sol e que as estrelas estavam muito, muito longe Novas atitudes: a observação e o espírito crítico. Ao contrário dos sacerdotes e dos escribas do seu tempo, eles não tinham problemas em sujar as mãos e em experimentar (ensaiar). Nova actividade: a experimentação. Assim, a ideia que o Universo é conhecível e que podemos desvendar os seus segredos através da observação, do pensamento crítico e da experimentação, começou por prosperar na Jónia mas foi gradualmente apagada do mapa até ao renascimento (durante cerca de mil anos!), ressurgindo com Galileu, Kepler, Newton,, e Faraday, entre muitos outros. 79
80 O que é uma onda? Uma onda é uma perturbação, contínua ou transitória, que se propaga com transporte de energia através de um meio, quer em virtude das propriedades elásticas e de inércia do meio, quer em virtude das propriedades eléctricas ou magnéticas do espaço. A frequência ( f ) da onda corresponde ao número de vezes que a perturbação periódica se repete em cada segundo e apenas depende do processo de geração das ondas (inverso do período T). O comprimento de onda ( λ ) é a distância ou «espaço» de propagação durante um período T. As velocidades de fase (v f ) e de grupo (v g ) caracterizam as taxas de progresso da onda e da transferência de energia. A v f, o T, a f, e λ estão relacionados pelas expressões: v f =λ/t =λf. H E λ z 80