As Ondas no Planeta Terra

As Ondas no Planeta Terra:

Ao observar as ondas no planeta Terra, pode-se notar inúmeras situações cotidianas em que elas estão presentes. Tais como: esquentar algo no micro-ondas, ligar para um amigo, assistir televisão, ou até mesmo brincar em uma gangorra. Além disso, se a observação for mais detalhada, pode-se obter outros exemplos, nos quais a relação com ondas está presente. Tais como o acontecimento de terremotos, as ondas de uma praia, a atividade de um vulcão, entre outras.

O exemplo da gangorra nos leva a um conceito muito importante no estudo da ondulatória, a ressonância. Ela é um fenômeno que ocorre quando um sistema físico ganha energia por meio de excitações de frequência igual a uma de suas frequências naturais de vibração. Isso faz com que o sistema, em questão, passe a vibrar com amplitudes maiores.

Isso é notado em diferentes sistemas, como por exemplo as cordas de um violão (ou qualquer instrumento de corda), um pêndulo, um cabo de aço. Cada um desses sistemas têm uma frequência natural. Você deve conhecer o exemplo de estourar uma taça de cristal com um grito, isso só é possível graças a ressonância.

Um exemplo desse fenômeno é encontrado no Parque CienTec:

Para saber da Gangorra solidária

Dos exemplos de ondas que encontramos no dia a dia, os mais comuns são o uso da internet, televisão e até mesmo o rádio. Vimos no início que uma onda transporta energia e não matéria, então como podemos transportar informações com ondas?

As ondas transmitem informação, fazem isso através de conversão dos dados em energia, ou melhor dizendo, impulsos elétricos. Afinal, ondas só transmitem energias, porém a forma dessas ondas, frequência e comprimento de ondas podem nos contar algo a mais.

No caso de uma onda de rádio, por exemplo, ela leva uma informação sonora junto a ela. Um outro exemplo é o telégrafo, que nada mais é do que uma transmissão de pulsos elétricos de um lugar para o outro. Contudo, a forma desses pulsos são padronizadas em códigos, sendo o código Morse o mais comum entre eles, e uma vez conhecido isso, basta decodificar os impulsos e transformar em informação. O mesmo ocorre para rádios, televisões e internet. Com a diferença que os próprios aparelhos já fazem essa decodificação.

Parte do telégrafo onde é inserido o código, que será transformado em impulsos elétricos.

Esse processo de codificação em impulsos elétricos consiste em transmitir ondas que levam um padrão de energia e depois a decodificação dos impulsos em informações novamente. Isso é muito comum em todo tipo de comunicação, e também é o mesmo processo que ocorre com todos os sentidos humanos. A visão, audição, tato, olfato e paladar são os receptores das informações externas ao nosso corpo, e são os responsáveis por codificar em impulsos elétricos que são transmitidos pelos nossos neurônios até o cérebro, e lá é feito a interpretação desses estímulos em informações, resultando na compreensão do que ocorreu.

Ao ver um pouco de como os sentidos humanos são os receptores de informações externo, podemos comparar, sem muita formalidade, com uma antena parabólica que é a responsável por captar os sinais codificados das ondas transmitidas. Para ver televisão, ou escutar rádio precisamos de uma antena, embora hoje em dia os formatos e tamanhos são muito variados dependendo da força do sinal e entre outros motivos, o formato mais comum é o da antena parabólica.

Imagem das parabólicas presentes no jardim da física do Parque CienTec.

O motivo do formato dessa antena está diretamente ligado às ondas e como elas se movem. O formato esférico faz com que seja criado um ponto focal na frente da antena, ou seja tudo que ela capta vai para esse foco, aumentando a intensidade do sinal. O oposto também ocorre, se um sinal é emitido desse foco ele é decomposto por toda a antena, aumentando sua área de transmissão.

De acordo com essa explicação, um dos brinquedos presentes no Parque é o “cochicho das parabólicas”. Nele pode ser experimentada a transmissão de informações pela ondas, além de como a antena parabólica ajuda nessa ampliação do sinal.

Uma simples descrição do experimento: Cada pessoa fica em uma antena parabólica, que estão separadas a uma distância suficiente para ser muito difícil de se ouvirem sem gritar, em seguida uma pessoa coloca o ouvido no foco de sua antena parabólica e a outra a boca, a pessoa com a boca pode até mesmo cochichar e a outra irá ouvir, pelo fato das antenas estarem alinhadas entre si, fazendo com que o som seja direcionado para a outra pessoa.

Imagem contendo o par de parabólicas para experimentar essa transmissão de informações através das ondas sonoras.

Até o momento, partimos do ponto em que temos uma informação e ela será codificada, transmitida e interpretada. Contudo, em alguns casos não sabemos a informação inicial, ou seja, é captado uma informação sobre certo ponto e a partir disso buscamos extrair alguma informação dela. Esse é o caso dos telescópios e radiotelescópios.

Tanto um telescópio quanto um radiotelescópio são receptores muito eficazes de um tipo de onda. Os telescópios são especializados na observação de luz, por exemplo, podendo se estender até os raios infravermelhos ou ultravioletas (lembrando aqui do espectro eletromagnético). A luneta é um exemplo de um telescópio capaz de captar informações luminosas de uma estrela, planeta ou qualquer objeto celeste, e a partir desses conjuntos de informações cabe aos cientistas que fizeram essa observação interpretar esses dados e obter as informações de lugares tão distantes da Terra, como já mencionamos no caso da observação do Sol.

Imagem da Luneta do Parque CienTec.

Já os radiotelescópios permitem a observação das ondas de rádio vindas do espaço. O funcionamento muito se assemelha a um telescópio, possuindo algumas vantagens, tais como a observação pode ser feita mesmo com um dia nublado, pode ser feita pela manhã, entre outros fatores. Possui também algumas desvantagens, o fato das ondas de rádio serem muito maiores que a luz, há a necessidade de ter uma área de captação maior. Isso nos leva a um poderoso recurso usado nas observações, tanto nos telescópios quanto nos radiotelescópios, até mesmo em radares, a interferometria.

Embora seja um nome complicado, o conceito por trás é simples. Basicamente é a ciência e a técnica da sobreposição de duas ou mais ondas gerando, como resultado, uma nova e diferente onda. Isso permite inúmeras funcionalidades, entre elas, a união das ondas observadas de vários telescópios menores, sendo equivalente a um telescópio maior. Isso é muito comum entre os observatórios de rádio telescópio.

Imagem ilustrando a quantidade de radiotelescópios que formam o observatório ALMA.

Mas porque não fazer um telescópio enorme? Embora possa resultar em melhor qualidade de dados, o custo e a tecnologia para fazer imensos receptores é muito alto, compensando investir em receptores menores e em uma técnica sólida de interferometria.

Imagem do radiotelescópio presente no parque CienTec.

Ainda ao falarmos de radares e receptores, têm-se os Morcegos. Mas o que isso tem a ver com os morcegos?

Tem tudo a ver com eles, pois possuem audição bastante aguçada e utilizam a ecolocalização para diversas funções.

Ecolocalização ou Biossonar é um sentido, funcionando como uma sofisticada capacidade biológica de detectar a posição e/ou a distância de objetos (obstáculos no meio ambiente) ou animais através da emissão de ondas ultrassônicas, na água ou no ar (como é o caso dos morcegos), e a capacidade de análise ou cronometragem do tempo gasto para essas ondas serem emitidas, refletirem no alvo e voltarem à fonte sobre a forma de eco (ondas refletidas).

Para os morcegos, essa capacidade é de importância crucial em condições onde a visão é insuficiente, seja para locomoção ou para captura de presas. Eles podem utilizar a ecolocalização para voar em cavernas.

Baseado nessa capacidade natural, os seres humanos desenvolveram a "ecolocalização artificial" com o advento do radar, do sonar e de aparelhos de ultrassonografia.

Os morcegos são os únicos mamíferos que apresentam a capacidade de voar. Esses animais de hábitos noturnos costumam se alimentar, por exemplo, de frutos, insetos, peixes e até mesmo sangue (o que tornou eles famosos na literatura e no cinema, por causa dos vampiros).

O trecho acima, referente aos morcegos, foi escrito por: Donovan Humphrey Franco.

Autoria: Damasceno, H.; Bassini, A. (2021) Tudo são ondas.

Contato: bassini@usp.br

Créditos detalhados

Autor:

Henrique Damasceno

Orientador:

Ailton Marcos Bassini

Apoio técnico:

Luca Hermes Pusceddu