Exercícios de Física Geral III: ondas electromagnéticas e óptica · ISPTEC · 2018

Exercícios de Física Geral III, do curso de Engenharia Civil no Instituto Superior Politécnico de Tecnologias e Ciências (ISPTEC), 2018. Docente: Prof. Emanuel Mango.

Problemas de ondas electromagnéticas, propagação, campos eléctrico e magnético, fluxo de energia e vector de Poynting. Inclui óptica, interferência, difracção e polarização da luz, com cálculos de intensidade e respostas de referência para preparação de avaliações.

Tipo

Exercícios

Cadeira

Física Geral III

Curso

Engenharia Civil

Universidade

Instituto Superior Politécnico de Tecnologias e Ciências

Ano

2018

Docente

Prof. Emanuel Mango

Também conhecida como

Física III, Física 3, Física Geral 3

Ficheiro

PDF, 12 páginas

Preço

Grátis

Publicado por

Veteraano (equipa do Veteraano)

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Instituto Superior Politécnico de TecnologiaInstituto Superior Politécnico de Tecnologias e Ciênciase Ciênciaswww.isptec.co.aoDET – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS E TECNOLODEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS E TECNOLOGIASGIASDisciplina: Física Geral III2º Ano/2018EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO1ª1ª Parte: Ondas Electromagnéticas1- O campo eléctrico de uma onda electromagnética plana no vácuo é representado porO campo eléctrico de uma onda electromagnética plana no vácuo é representado porO campo eléctrico de uma onda electromagnética plana no vácuo é representado por = 0, =( − ⁄)], ]0,5 cos[2. 10 = 0,no SI.a) Determine o comprimento de onda, o estado de polarização e a direcção de propagação.Determine o comprimento de onda, o estado de polarização e a direcção de propagação.Determine o comprimento de onda, o estado de polarização e a direcção de propagação.R: 3 m.⁄ ]b)Calcule o campo magnético da onda.Calcule o campo magnético da onda.R:, . [. ( −− .-4 2c) Calcule a intensidade média ou fluxo de energia por unidade de área.Calcule a intensidade média ou fluxo de energia por unidade de área.R: 3,32.10R: 3,32.10 W/m.2- Uma onda propaga-se segundo o eixose segundo o eixo– e satisfaz a equação= 10(a) Determine a velocidade de propagação.Determine a velocidade de propagação.(b) Sendo(, = 0) = 10 coscos(10), determine(, )e a frequência da onda.e a frequência da onda.(c) Sendo( = 1, ) = 2 coscos(20), determine(, )e o comprimento da onda.e o comprimento da onda.2() = ( + (R: (a) 10m/s; (b) 159,2 Hz e(, )); (c) 31,4 m e(, ) = (, + ).3- Uma onda electromagnética com frequência de 65 Hz deslocaUma onda electromagnética com frequência de 65 Hz desloca-se em um material magnético isolantese em um material magnético isolantequequeque possuipossuipossui constanteconstanteconstante dielétricadielétricadielétrica relativarelativarelativa 3,643,643,64 eee permeabilidadepermeabilidadepermeabilidade magnéticamagnéticamagnética relativarelativarelativa 5,185,185,18 nessanessanessa-3frequência. O campo eléctrico possuifrequência. O campo eléctrico possui amplitude 7,2.10 V/m. (a) Qual é a velocidade de propagaçãoV/m. (a) Qual é a velocidade de propagaçãoda onda? (b) Qual é o comprimento da onda? (c) Qual é a amplitude do campo magnético? (d) Qual éda onda? (b) Qual é o comprimento da onda? (c) Qual é a amplitude do campo magnético? (d) Qual éda onda? (b) Qual é o comprimento da onda? (c) Qual é a amplitude do campo magnético? (d) Qual é7 6 -10 2a intensidade da onda? R: (a)R: (a) 6,91.10 m/s; (b) 1,06.10 m; (c) 1,04.10 T; (d) 0,3 μW/mT; (d) 0,3 μW/m.24- Uma onda electromagnética possui uma intensidade de 120 W/monda electromagnética possui uma intensidade de 120 W/m. Determine. Determine (a) os valores eficazes(ou rms) dos campos eléctrico e magnético(ou rms) dos campos eléctrico e magnético e (b) a densidade média de energia da ondae (b) a densidade média de energia da onda. R: (a) 212,643V/m e 708,8 nT; (b) 400 nJ/m; (b) 400 nJ/m.5- A potência média de uma estaçãoA potência média de uma estação de radiodifusão é igual a 100 kW. Suponha que essa potência sejade radiodifusão é igual a 100 kW. Suponha que essa potência sejairradiada uniformemente sobre qualquer semiesfera concêntrica com a estação. Para um ponto a 10irradiada uniformemente sobre qualquer semiesfera concêntrica com a estação. Para um ponto a 10irradiada uniformemente sobre qualquer semiesfera concêntrica com a estação. Para um ponto a 102km da fonte, determine: (a) o(a) o módulo do vector de Poynting.R: 0,32 mW/mR: 0,32 mW/m; (b) Amplitude doscampos eléctrico e magnético da onda. Suponha que, à aquela distância, a onda seja plana.campos eléctrico e magnético da onda. Suponha que, à aquela distância, a onda seja plana.campos eléctrico e magnético da onda. Suponha que, à aquela distância, a onda seja plana.R: 0,35V/m e 0,92 mA/m.6- Um pulso de laser tem energia de 30 J e o raio do feixe é 2 mmUm pulso de laser tem energia de 30 J e o raio do feixe é 2 mm. A duração do pulso é de 15 ns e a. A duração do pulso é de 15 ns e adensidade de energia é uniformemente distridensidade de energia é uniformemente distribuída no interior do pulso. (a) Qual é a extensão espacialbuída no interior do pulso. (a) Qual é a extensão espacialdo pulso (comprimento)? (b) Qual é a densidade de energia no pulso? (c) Determine os valoresdo pulso (comprimento)? (b) Qual é a densidade de energia no pulso? (c) Determine os valoresdo pulso (comprimento)? (b) Qual é a densidade de energia no pulso? (c) Determine os valoresEmanuel Mango Página 1

3eficazes (rms) dos campos eléctrico e magnético no pulso. R: (a) 4,5 m; (b) 530,79 kJ/m; (c) 244,9MV/m e 816,33 mT.7- Uma onda plana electromagnética tem um campo eléctrico que é paralelo ao eixo y e tem um vector2 8   Sx,t100coskxtde Poyting dado por⃗ (SI), onde k = 10 rad/m, = 30.10 rad/s. (a) Qualé a direcção e o sentido de propagação da onda? (b) Determine o cdo e a frequência da onda. (c)Determine os campos eléctricos e magnéticos da onda em função de e . R: (a) Sentido + ; (b)9     Ex,t194cos(kxt)j,Bx,t647.10coskxtk.477 MHz; (c)8- Uma estação de rádio AM transmite isotropicamente com uma potência média de 4,00 kW. Umaantena de dipolo de recepção de 65,0 cm de comprimento está a 4,00 km do transmissor. Calcule aamplitude da f.e.m. induzida por esse sinal entre as extremidades da antena receptora.R: 80 mV.9- Uma fonte pontual isotrópica emite luz com um comprimento de onda de 500 nm e uma potência de200 W. Um detector de luz é posicionado a 400 m da fonte. Qual é a máxima taxa dB/dtcom a qual a6componente magnética da luz varia com o tempo na posição do detector?R: 3,44.10 T/s.10-Um laser pulsado dispara um pulso de 1000 MW com duração de 200 ns em um pequeno objecto quetem massa de 10 mg e está suspenso por uma fibra de 4 cm de comprimento. Se a radiação forcompletamente absorvida pelo objecto, qual é o máximo ângulo de deflexão deste pêndulo?(Idealizar o sistema como se fosse um pêndulo balístico e considerar que o pequeno objecto estivessependurrado verticalmente antes que a radiação o atingisse). R: 6,1º.211-Uma onda electromagnética plana de intensidade de 6 W/m atinge um pequeno espelho de bolso2com 40 cm de área, posicionado perpendicularmente à onda que se aproxima. (a)Qual momento aonda transfere para o espelho a cada segundo? (b) Encontre a força que a onda exerce sobre o-12 -12espelho.R: (a) 160.10 J.s/m; (b) 160.10 N.Na figura ao lado, o feixe de um laser com 4,6 W de potência e D12-= 2,6 mm de diâmetro é apontado para cima, perpendicularmenteà uma das faces circulares (com menos de 2,6 mm de diâmetro)de um cilindro perfeitamente reflector, que é mantido suspenso3pela radiação do laser. A massa específica do cilindro é 1,2 g/cm.Qual é a altura H do cilindro? R: 491 nm.2ª Parte: Fenómenos luminosos. Natureza e propagação da luz.13-A equação de uma onda electromagnética num meio de índice de refracção de 1,33 é dada pelaexpressão = 58( − 0,0796), /. Calcule: (a) o comprimento de onda;R: 79 m; (b) afrequência das oscilações do campo eléctrico na onda;R: 2,9 MHz; (c) a densidade volumétrica de3energia da onda.R: 53 nJ/m.De acordo com a figura ao lado, uma camada de água (nágua = 1,33)14-cobre uma placa do material X em um recipiente. Um raio de luzdeslocando-se para cima segue o caminho indicado. Usando ainformação que consta na figura, determinar (a) o índice derefracção do material X e (b) o ângulo que a luz forma com anormal no ar (nar = 1). R: (a) 2,34; (b) 63º.Emanuel Mango Página 2