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Nessa situacao tambem sera induzida uma corrente eletrica na espira, com um sentido tal que o campo magnetico criado por ela procura "impedir" o afastamento da espira, ou seja, sentido horario.O sentido da corrente eletrica induzida, previsto pela lei de Lenz, indica que, para obtermos corrente eletrica na espira, temos que vencer uma certa resistencia, ou seja, temos que realizar um trabalho. Na espira temos a transformacao de energia mecanica (movimento do ima) em energia eletrica (corrente na espira). Ondas FENOMENOS ONDULATORIOS James C. Maxwell (1831 - 1879) Fenomenos muito diferentes entre si, como o som, a luz, os sinais de radio e os terremotos, tem em comum a caracteristica de serem ondas. De fato, costumamos falar em ondas sonoras, ondas luminosas, ondas de radio e ondas sismicas. O conceito de onda e bastante abrangente, pois e utilizado em todos os campos da Fisica.Quando jogamos uma pedra na agua, forma-se, no ponto em que ela cai, uma perturbacao em forma de circulo que se alarga com o passar do tempo: sobre a superficie da agua e criada uma onda que se propaga rumo ao exterior. No entanto, o movimento dessa perturbacao, que vai alcancando pontos cada vez mais distantes, nao constitui um transporte de materia.Podemos comprovar esse fato observando como uma folha ou um pedaco de cortica se movem nessa situacao. Eles nao sao transportados pela onda ao exterior, mas apenas oscilam para cima e para baixo, permanecendo no mesmo ponto em que se encontravam antes de serem atingidos pela perturbacao.Para constatar que as ondas nao transportam materia, podemos fazer oscilar a extremidade de uma corda presa na macaneta de uma porta. Sobre a corda, cria-se uma perturbacao que se distancia do ponto em que teve origem. Cada pequeno trecho da corda se move para cima e para baixo, sem porem abandonar definitivamente sua propria posicao de equilibrio. DIFRACAO Christiaan Huygens (1629 - 1695) Consideremos que uma onda, propagando-se na superficie da agua, encontre um obstaculo dotado de estreita abertura, como mostra a figura ao lado. Observamos que a parte da onda que nao foi interrompida nao se mantem em linha reta. Ao passar pela abertura a onda se espalha em todas as direcoes. Quando isto acontece, dizemos que houve difracao da onda.O fenomeno da difracao somente e nitido quando as dimensoes da abertura ou do obstaculo forem da ordem de grandeza do comprimento de onda da onda incidente.A difracao ocorre com qualquer tipo de onda. Nas ondas sonoras, por exemplo, permite que escutemos a voz de uma pessoa que nos chama, mesmo que esta pessoa esteja atras de um obstaculo. Com a luz tambem ocorre a difracao, porem e mais dificil percebermos a difracao de ondas luminosas, porque os obstaculos e aberturas em que a luz incide sao normalmente bastante grandes em relacao ao seu comprimento de onda. Entretanto, se fizermos a luz passar por orificios cada vez menores, como o orificio feito pela ponta de um alfinete em um cartao, observaremos que a luz sofrera difracao ao passar por esse orificio.A difracao e explicada pelo Principio de Huygens: quando os
a fonte sonora (ou seja, o corpo que emite som) comprime e rarefaz o ar que se encontra em sua vizinhanca. Formam-se, desse modo, ondas (as onda sonoras) que se propagam no espaco. Ao penetrar no ouvido elas fazem a membrana do timpano vibrar, e esse sinal e entao transmitido ao cerebro, que o interpreta como som. EFEITO DOPPLER Christian J. Doppler (1803 - 1853) Denomina-se efeito Doppler a alteracao da frequencia notada pelo observador em virtude do movimento relativo de aproximacao ou afastamento entre uma fonte de ondas e o observador.Embora se trate de um fenomeno caracteristico de qualquer propagacao ondulatoria, o efeito Doppler sonoro e mais comum em nosso cotidiano.Quando um automovel aproxima-se de nos buzinando, percebemos o som da buzina mais agudo (maior frequencia) do que perceberiamos se o veiculo estivesse em repouso. Por outro lado, quando o automovel afasta-se buzinando, percebemos um som mais grave (menor frequencia) do que perceberiamos se o veiculo estivesse em repouso.Desenhando as frentes de onda, percebe-se que quem esta a direita da fonte recebe, num certo tempo, um numero maior de ondas. Nesse caso, a frequencia do som se torna maior, isto e, produz um som mais agudo. Para quem esta a esquerda o numero de ondas diminui, o que diminui a frequencia e torna o som mais grave.E possivel observar o efeito Doppler nao apenas com o som, mas com qualquer outro tipo de onda, mesmo com a luz. Em observacoes astronomicas o efeito Doppler permitiu verificar que as galaxias estao se afastando umas das outras com velocidades muito grandes, o que levou a conclusao de que o Universo esta em expansao. Optica REFLEXAO TOTALDA LUZ Wolfgang Pauli (1900 - 1958) Um feixe de luz que se propaga na agua, por exemplo, atinge a fronteira com o ar. Uma parte da luz volta para a agua, gerando um feixe refletido. O restante passa para o ar, gerando um feixe refratado.O feixe refletido e o feixe incidente formam angulos iguais com a direcao normal. O feixe refratado forma um angulo maior. Se aumentarmos o angulo de incidencia, o feixe refratado se afastara mais da normal.Aumentando mais o angulo de incidencia, chegara uma situacao em que o feixe refratado sera quase paralelo a superficie. Nessa situacao, quase toda a luz e refletida.Aumentando um pouco mais o angulo de incidencia, o feixe refratado desaparece e toda a luz passa a ser refletida. Esse fenomeno chama-se reflexao total.Para que a reflexao total ocorra, sao necessarias as seguintes condicoes:- A luz deve provir do meio mais refringgente (mais denso) para o meio menos refringente (menos denso).- O angulo de incidencia devve ser maior que um determinado valor, chamado angulo-limite de refracao. Esse angulo depende do par de meios considerados, no caso da agua e ar, e aproximadamente 49o.Um exemplo de aplicacao da reflexao total e o das fibras opticas, largamente usadas nas telecomunicacoes, na endoscopia (medicina) etc. Nas fibras opticas um raio de luz penetra por uma extremidade e emerge pela outra extremidade, apos sofrer diversas reflexoes totais. FUNCIONAMENTOSFIBRAS OPTICAS A fibra optica foi descoberta ha quase
1.500 bps. Dessa forma, em 1985, um modem de 1.200 bps era considerado estado da arte e vendido por US$ 500. Agora, como explicar que existem modems trabalhando de forma bidirecional a 33.600 bps, ou mais ? Olhando de forma mais cuidadosa para o teorema de Nyquist, nota-se que ele se refere as mudancas da portadora e especificamente a taxa de transmissao. Isto significa que, se for associado um bit para cada variacao da portadora sinal, e possivel atingir taxas de transmissao mais altas. Nos antigos tempos da transmissao telegrafica, foi definida a unidade Baud, que especifica a quantidade de mudancas do sinal por segundo. Ela tambem e referenciada a taxa de modulacao na qual os sinais estao sendo transmitidos. Se os sinais puderem assumir apenas dois valores, por exemplo, 5V para o bit 1 e 0V para o bit 0, entao a taxa de modulacao em Baud e igual a taxa de transmissao em bits por segundo. Porem, se os sinais assumirem 4 valores, por simplicidade 0; 1,66; 3,33 e 5V, pode-se associar 2 bits para cada um desses valores. Agora, para cada variacao da portadora, transmitem-se dois bits, ou seja, a taxa de transmissao em bits por segundo e igual ao dobro da taxa de modulacao. Os primeiros modems trabalhavam de forma muito simples, usando apenas dois tons: um bit para cada tom. A formula para calcular-se a maxima taxa de transmissao R de um modem, em bits por segundo, supondo que se saiba a taxa de modulacao B, em Baud, e que o sinal pode ter D estados distintos, e: Como observado, um modem que module a portadora atraves de 4 niveis distintos pode associar 2 bits para cada nivel e, em consequencia, dobra a taxa de transmissao. Um modem desses, trabalhando a 1.200 bps, e equivalente a uma taxa de modulacao de 600 Baud. De forma similar, um modem de alto desempenho associa 6 bits para cada uma das 64 possiveis transicoes da portadora e entao aumenta bastante a taxa de transmissao, ainda mantendo baixa a taxa de modulacao. Resumindo, aumentar o numero de bits associado a cada nivel da portadora efetivamente aumenta a taxa de transmissao. Volta-se novamente a pergunta: entao qual e o limite teorico para a taxa de transmissao quando se usa um canal de largura de banda igual a W ? E claro que nao se pode aumentar indefinidamente o numero de bits associado a cada variacao da portadora. A medida que se aumenta essa quantidade de bits, torna-se cada vez mais dificil distinguir um sinal do outro e agora passa a entrar em cena o ruido. Se o mundo fosse perfeito e nao houvesse ruido, entao nao haveria limite para a quantidade de bits associada a cada transicao da portadora. Mas as coisas nao funcionam assim e a quantidade de ruido dita o limite para essa quantidade de bits. Em 1949, Claude Shannon, um outro matematico dos Laboratorios da Bell, postulou uma relacao entre a maxima taxa de transmissao, a largura de banda do canal e a quantidade de ruido: Onde: C e
a maxima capacidade do canal em bps; W e a largura de banda do canal medida em Hz; S e a potencia do sinal em Watts; N e a potencia do ruido em Watts; e Log2 e o logaritmo na base 2. Esta relacao determina a maxima taxa de transmissao teorica para um dado canal. A figura 2 apresenta essa relacao calculada para o canal de voz telefonico, que tem uma banda de 3.000 Hz e uma relacao sinal/ruido entre 30 e 40 dB. Tomando-se como tipica uma SNR = 35 dB, chega-se a um limite de 35.000 bps. Os modems comerciais, para trabalhar com linha discada, usualmente chegam a 33.600 bps, o que esta proximo ao limite teorico. E comum que as linhas oferecam uma relacao sinal ruido abaixo de 30 dB e isso explica porque os modem 33.6K frequentemente oferecem uma conexao abaixo dessa velocidade. Agora uma outra pergunta: se o limite e de 35Kbps, como pode funcionar um modem de 56K ? Figura 2: Relacao de Shannon para um canal com banda de 3.000 Hz.Modem 56K No inicio de 1997, comecaram a surgir no mercados os modems 56 Kbps. Conhecendo o limite de 33.600, muitos se perguntaram sobre a veracidade desse lancamento. Esses modems, durante muito tempo, estiveram baseados em protocolos particulares. Tinha-se, de um lado, a US Robotics com o X2 e, do outro lado, a Rockwheel com o K56Flex. Os orgaos internacionais, em particular a ITU-T, demoraram para definir uma normalizacao e as duas companhias nao entrararam em acordo. Assim, durante um bom tempo, houve confusao e incompatibilidades nessa area. Felizmente, ja existe a recomendacao v.90 da ITU-T que padronizou os protocolos. O protocolo 56K e um projeto assimetrico onde a transferencia do usuario para o servidor Internet, chamado de caminho de subida, acontece no maximo a 33.600, enquanto que transferencias do servidor para o usuario, chamado de caminho de descida, funcionam a 56.600. Isso e bem aceitavel pois, em geral, as transmissoes do computador do usuario para o provedor consistem de pequenos pacotes, enquanto que o trafego e bem pesado no sentido do provedor para o computador do usuario, consistindo de texto, graficos e arquivos multimidia. Ja foi visto que o principal limitante da velocidade e o ruido presente na linha telefonica. Esse ruido tem varias causas e, dentre elas, a que mais interessa e o ruido proveniente da quantizacao, que surge quando se digitaliza o sinal analogico para entrar na rede publica telefonica (PSTN). Sempre comete-se um erro ao transformar um sinal analogico em um sinal digital e esse erro tem um papel semelhante ao ruido, sendo por isso chamado de ruido de quantizacao. O processo inverso, ou seja, o de transformar o sinal digital em analogico, nao introduz ruido. Assim, parte do ruido que limita a velocidade de transmissao e proveniente dessa quantizacao. Normalmente, os servidores Internet (ISP) conectam-se a rede telefonica publica atraves de linhas digitais, onde nao se faz a quantizacao. Assim, no caminho ISP, o ruido e bem menor e, por isso, pode-se transmitir a 56K. Ja no caminho inverso, antes
1,5 Mbps na subida e ate 8 Mbps na descida. Existem diversas variantes e a que esta tendo mais aceitacao e a ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line). Os modems por cabo aproveitam a grande banda passante disponivel nas conexoes da TV a cabo que usam cabo coaxial. Durante muito tempo, faltou compatibilidade nessa area e a grande maioria dos modems fabricados so falavam com os de sua especie. O padrao DOCSIS ("Data Over Cable Service Interface Specification") esta mostrando-se como um ponto de convergencia. De acordo com essa especificacao, espera-se algo em torno de 42 Mbps na descida e 10 Mbps na subida. Um outro problema para o modem por cabo e o fato de que a grande maioria das instalacoes de TV a cabo e unidirecional, ou seja, so funcionam no sentido de chegada a casa. Nesses casos, sera necessaria uma conexao com modem convencional (via rede telefonica), funcionando a 33.600 bps, para fazer o ramo de subida. Os Servicos por Satelites sao interessantes pois podem trabalhar com taxas elevadas, mesmo nos sitios mais remotos. Eles tambem sao chamados de DSS ("Direct Satellite System"). Para ter acesso a esse tipo de servico, e necessaria uma pequena antena parabolica e aponta-la para um dos satelites geo-estacionarios do fornecedor do servico. A velocidade devera estar proxima dos 400 Kbps. Porem, aqui tambem sao encontrados problemas no ramo de subida, sendo necessario faze-lo atraves de linhas telefonicas a 33.600 bps. RADAR Muito tempo antes da invencao do radar ja se conhecia o principio da reflexao de ondas de radio, que teve grande importancia nos primeiros estudos das camadas ionizadas da atmosfera superior. Foi na decada de 30 que o radar comecou a ser usado para descobrir e localizar objetos longinquos pela reflexao de ondas de radio, principalmente por necessidades militares. Para preparacao de defesa, era necessario ter conhecimento dos ataques aereos muito tempo antes de os avioes serem vistos ou ouvidos.O principio da reflexao aproveitado pelo radar e basicamente muito simples. Pode-se, por exemplo, fazer uma comparacao com o fenomeno da reflexao acustica: as ondas sonoras refletidas por um edificio, montanha ou qualquer outro obstaculo, sao recebidas pelo observador apos um pequeno intervalo de tempo. Se a velocidade com que as ondas sonoras se deslocam e conhecida, pode-se determinar a distancia da superficie refletora medindo-se o intervalo de tempo entre o som inicial e seu eco. O radar usa exatamente o mesmo principio, substituindo-se as ondas sonoras por ondas de radio, que se deslocam muito mais rapidamente (cerca de 300 000 km/s) e sao capazes de cobrir distancias muito maiores. Medindo-se o intervalo de tempo entre o sinal emitido e seu retorno, e observando-se a direcao da chegada ao ponto de emissao, pode-se obter a posicao correta do objeto refletor distante.Um transmissor de radio, ligado a uma antena direcional (que concentra sua radiacao num feixe dirigido em um sentido unico), emite uma corrente de ondas de radio em pulsos curtos e espacados. Cada sinal tem normalmente uns poucos milionesimos de segundo de duracao. O intervalo entre um sinal e outro e substancialmente mais longo
que o tempo gasto para atingir o obstaculo e chegar de volta ao ponto de emissao. Assim, um novo sinal so e emitido depois que o primeiro foi refletido e recebido de volta.Qualquer objeto colocado no trajeto do feixe transmitido reflete uma parte do sinal que o atinge, que e captado por um radio- receptor localizado perto do transmissor. Ocorre, entao, no receptor, uma corrente de pulsos refletidos ligeiramente retardados em relacao ao feixe de pulsos transmitidos. Tal deslocamento de tempo e um curto intervalo correspondente ao tempo que qualquer sinal leva para se deslocar do transmissor ate o obstaculo e voltar, e corresponde tambem a medida da distancia a que o obstaculo esta localizado. Se as antenas de transmissao e recepcao sao apontadas para o mesmo rumo, somente os alvos que se encontram nessa direcao refletem os sinais, obtendo-se, assim, o sentido de sua localizacao.Na verdade, as operacoes de transmissao e recepcao sao efetuadas com uma unica antena. O receptor e momentaneamente paralisado durante o breve periodo da transmissao de um pulso, mas reativado a tempo de receber qualquer sinal refletido.A antena e normalmente girada horizontalmente, em uma velocidade uniforme, varrendo o espaco. Em alguns sistemas mais avancados a informacao referente a elevacao e obtida varrendo-se rapidamente para cima e para baixo, ao mesmo tempo que se efetua outra varredura, circular, em velocidade muito menor.O radar com base em terra nao possui limitacao de tamanho, podendo seu equipamento ser tao grande quanto necessario. Os aparelhos destinados a avioes, por exemplo, tem seu tamanho limitado. Alem disso, os feixes detectores devem sem ser altamente definidos, de modo que o eco nao seja recebido de focos terrestres ou maritimos que ocorrem na mesma direcao. A limitacao no volume exige que se utilizem comprimentos de onda minimos, como os das microondas.O som ouvido por um observador tem sua frequencia aumentada ou reduzida conforme a aproximacao ou o afastamento da fonte que o produz. Este fenomeno, conhecido como efeito Doppler, tambem ocorre com ondas de radio; a frequencia de um sinal refletido estara acima ou abaixo da frequencia do pulso emitido se o alvo estiver se aproximando ou se afastando.O efeito Doppler pode ser aproveitado de varias maneiras no radar. Em um radar de busca, por exemplo, serve para cancelar a presenca de alvos fixos, como casas, arvores ou colinas. Sendo captados somente os alvos de grande mobilidade. No transito serve para determinar a velocidade de um carro.Atualmente os radares sao usados no controle de trafego aereo, navegacao, sistemas antiflogisticos, deteccao de intemperies e nas viaturas policiais. TELEVISAO Assim como o cinema, as imagens que se formam no receptor de televisao consistem de uma serie de quadros, construidos em curtos intervalos de tempo. Gracas a persistencia na retina do olho humano, a sucessao de quadros e interpretada pelo cerebro como uma imagem continua. Porem, ao contrario do cinema, a imagem de televisao e construida por um feixe eletronico que varre a tela do cinescopio (tubo de imagem do receptor) da esquerda para a direita e do alto para baixo. No cinema o processo consiste de
fotografias levemente diferentes umas das outras, a uma velocidade bastante elevada.O tubo de imagemO tubo da televisao e um tubo de vidro em cujo interior foi feito vacuo. No lado interno da tela, a parte frontal do tubo e revestida com um material fluorescente. Da extremidade oposta um canhao eletronico lanca eletrons contra a tela. Ao colidirem com ela, produzem pontos luminosos.Os eletrons lancados na tela sao liberados de um filamento superaquecido. Atraves de um campo eletrico produzido por um capacitor, esses eletrons sao atraidos e deslocam-se rumo a tela, constituindo um feixe eletronico. O brilho de cada ponto e regulado controlando-se a velocidade com que o eletron atinge a tela.O feixe eletronico varre todos os pontos da tela, desviado pela acao dos defletores (que na televisao e composto por bobinas magneticas). O feixe percorre todos os pontos de uma linha e todas as linhas, vinte e cinco vezes por segundo. A iluminacao distinta dos diferentes pontos da tela produz a imagem de uma cena. Tudo isso e controlado pelos sinais enviados pela camera, correspondentes a imagem que se focalizou. A imagem formada desse jeito, no entanto, se compoe apenas de pontos de maior ou menor brilho - ela se forma em preto e branco.A figura de uma pessoa, por exemplo, pode ser decomposta em uma serie de linhas com regioes claras e escuras que, agrupadas, compoem a sua imagem. A imagem da pessoa nao e transmitida de uma so vez, mas em linhas que se sucedem. Nossos olhos nao percebem esse processo de formacao de imagem, pois ele ocorre muito rapidamente. Devido a persistencia das imagens na retina, nao conseguimos discernir o movimento do feixe de eletrons. O que percebemos e uma imagem completa e continua, que se modifica sem interrupcoes.TV a coresDe inicio, e preciso entender que a cor da imagem e determinada pelo revestimento fosforescente do tubo. Ela tanto pode ser em preto e branco como em verde e branco, azul e branco ou vermelho e branco, desde que o tubo tenha o revestimento adequado. Esse e o ponto de partida para a producao de imagens coloridas. Numa televisao em cores, o tubo tem tres canhoes eletronicos, um para cada uma das cores primarias da luz - azul, verde e vermelho -, como se fossem tres tubos. A camara tambem transmite tres sinais, um para cada cor. E a tela e composta por uma infinidade de pontos triplos, fosforescentes, que, atingidos pelo feixe de eletrons, emitem luz de cada uma das cores primarias. Utilizam-se cores primarias porque, como o proprio nome indica, a partir delas podem se formar todas as outras cores. A imagem colorida aparece com a mistura ou superposicao dessas cores na tela do tubo de televisao. CONTROLE REMOTO Sao dois os principais sistemas de controle utilizados para realizar o comando a distancia de diversos aparelhos: O controle efetuado atraves de um cabo que liga o operador ao aparelho, ou o sistema que emprega sinais de radio. O primeiro apresenta como principal desvantagem a necessidade de operar a curtas distancias. No segundo sistema obtem-se maior autonomia, alem