16 - FTP da PUC

Curso: Engenharia Elétrica
Disciplina: Física Geral IV
Professora Norma Reggiani
Lista – Ondas eletromagnéticas
Obs.: Exercícios retirados do Keller, vol 2, cap. 34
5.) A constante dielétrica do gelo e freqüências óticas é 1,71. Qual é a velocidade
da luz visível no gelo?
R.: 2,29 x 108 m/s
11.) (a) Qual é o comprimento das ondas de uma estação de rádio FM com
freqüência 100 MHz? (b) Qual é o comprimento de onda das ondas de uma
estação de rádio AM com freqüência de 1.000 kHz?
R.: (a) 3m; (b) 300 m;
13.) A amplitude da parte de campo magnético de uma onda harmônica
eletromagnética no vácuo é B0 = 510 nT. Qual é a amplitude do campo elétrico da
onda? Sua resposta seria diferente se a onda estivesse no ar?
R.: 150 N/C
15.) Suponha que a parte do campo elétrico de uma onda eletromagnética no
vácuo seja
E = {(31 N/C) cos[(1,8 rad/m)y + (5,4 x 108 rad/s)t]}i
(a) Qual é a direção de propagação? (b) Qual é o comprimento de onda λ? (c)
Qual é a freqüência v? (d) Qual é a amplitude do campo magnético da
onda? (e) Estabeleça uma expressão para a parte do campo magnético da
onda.
R.: (a) –j; (b) 3,5 m; (c) 86MHz; (d) 100 nT;
(e) (100 nT) cos[(1,8 rad/m)y + (5,4x108rad/s)t]k
16.) Estabeleça expressões para os campos E e B de uma onda eletromagnética
que se propaga no vácuo na direção +z e tem seu plano de polarização paralelo
ao plano xz. A amplitude do campo magnético da onda é o B0 = 350 nT e a
freqüência da onda é v = 9,8 GHz. Suas expressões seriam diferentes se a onda
estivesse se deslocando no ar? Analisando o espectro eletromagnético, que tipo é
essa onda?
19.) Suponha que a intensidade da onda eletromagnética em determinado instante
e em um ponto do vácuo seja 1 kW/m2. Qual é a densidade de energia nesse
ponto e nesse instante? Suas respostas seriam diferentes se a onda se
deslocasse no ar?
R.: 3 μJ/m3
20.) O módulo do campo elétrico devido a uma onda eletromagnética em
determinado instante e em um ponto do espaço livre é 97 N/C. Qual é a densidade
de energia naquele ponto e naquele instante? Sua resposta seria diferente se a
onda estivesse no ar?
24.) Suponha que a intensidade média S de uma onda eletromagnética
harmônica, no vácuo ou no espaço livre, seja de 553 W/m2. (a) Qual é a amplitude
do campo elétrico devido à onda? (b) Qual a amplitude do campo magnético
devido à onda? (c) Determine essas amplitudes quando uma onda dessa
intensidade média se desloca no ar.
25.) O vetor de Poynting de uma onda eletromagnética no vácuo é
S = -{(220 W/m2) cos2 [(12 rad/m)z + (3,6 x 109 rad/s)t]} k
(a) Qual a direção de propagação?(b) Qual é o comprimento de onda λ ? (c)
Qual é a freqüência ν? (d) Estabeleça expressões para os campos E e B.
R.: (a) –k; (b) 0,52m; (c) 570 MHz;
(d) E = (290 N/C) cos[(12 rad/m)z + (3,6 Grad/s)t]i;
B= -(960 nT) cos[(12 rad/m)z + (3,6 Grad/s)t]j;
Obs.: a resposta não é única.
27.) Uma onda de luz ( no vácuo ) com seu plano de polarização paralelo ao plano
xy se propaga na direção +i. O comprimento de onda é 580 nm e seu campo
magnético oscilante tem amplitude de 86 nT. Dê expressões para E, B e S.
R.: E = (26 N/C) cos [( 1,1x107 rad/m)x – (3,2x1015 rad/s)t]j;
B = (85 nT) cos [( 1,1x107 rad/m)x – (3,2x1015 rad/s)t]k;
S = (1,7W/m2) cos2 [( 1,1x107 rad/m)x – (3,2x1015 rad/s)t]I;
29.) Um laser de hélio-neón envia um feixe de luz colimada, plano-polarizada,
monocromática, no ar de uma sala. O feixe de seção transversa circular de 1,0
mm de raio e a intensidade é essencialmente uniforme dentro do feixe. A potência
média do feixe é 1,5 mW e o comprimento de onda da luz é 633 nm. (a) Determine
S para o feixe. (b) Determine a energia eletromagnética contida em um comprimento de
1,0m do feixe. (c) Determine a amplitude do campo elétrico da onda. (d) Determine
a amplitude do campo magnético da onda. (e) Se a direção do feixe é horizontal
para o norte e o campo elétrico oscila ao longo da horizontal leste-oeste, qual é a
direção do campo magnético oscilante? (f) Determine a freqüência da onda.
R.: (a) 1,1 kW/m2; (b) 1,2x10-11J; (c) 920 N/C; (d) para cima e para baixo; (e)
4,7x1014 Hz.
31.) A potência média em um feixe de laser é 4,3 mW e o feixe tem uma
intensidade essencialmente uniforme dentro do raio de 1,2 mm do feixe. Suponha
que o feixe inicia normalmente em uma superfície completamente absorvedora. (a)
Qual a pressão exercida pelo feixe sobre a parte da superfície atingida por ele? (b)
Qual é a força exercida pelo feixe sobre a superfície?
R.: (a) 3,2μN/m2; (b) 1,4x10-11 N;
33.)A intensidade média da luz solar no topo da atmosfera terrestre é 1,35 W/m 2.
Considere a força exercida sobre a Terra pela absorção da radiação do Sol. (a)
Explique por que, para fins de cálculo dessa força, a Terra pode ser considerada
como um disco plano de face voltada para o Sol. (b) Estime essa força de
radiação para a força gravitacional exercida pelo Sol sobre a Terra.
R.: (a) 5,8x105 N; (b) 1,6x10-17 W/m2;
35.) Cerca de 5% da potência de uma lâmpada de 100 W é convertida em
radiação visível. (a) Qual é a intensidade média da radiação visível a uma
distância de 1m da lâmpada? (b) A uma distância de 10m? Admita que a radiação
seja isotropicamente e despreze as reflexões.
R.: (a) 0,4 W/m2; (b) 0,004 W/m2;
37.) Considere uma longa fileira
de lâmpadas fluorescentes alinhadas
extremidade com extremidade. Cada lâmpada de 40 W tem 1,22 m de
comprimento e 20% de sua potência é emitida no espectro visível. (a) Qual é a
intensidade média no espectro visível a uma distância perpendicular de 1m das
lâmpadas? (b) A uma distância perpendicular de 10m?
R.: (a) 1 W/m2; (b) 0,1 W/m2;
39.) As lâmpadas de arco voltaico de sódio são usadas freqüentemente na
iluminação pública e podem ser distinguidas por sua luz amarela. O comprimento
de onda dessa luz é 590 nm. Qual é a sua freqüência?
R.: 5,1x1014 Hz
41.) A distância média Terra-Sol é 1,496 x 1011 m. Qual é o tempo médio
necessário para que a luz solar chegue à Terra?
R.: 499,0s = 8,317 min