Ondas eletromagnéticas

Guia de estudo · Revisado em 16/09/2026

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A luz do Sol que se põe atrás da torre, o sinal que a torre troca com o celular e a luz da tela que você olha são a mesma coisa; o que muda de uma para a outra, por que todas chegam à mesma velocidade e por que uma bronzeia, outra esquenta o café e a terceira atravessa a sua mão?

O que você vai aprender

  • Definir onda eletromagnética como a propagação conjunta de campos elétrico e magnético em fase, perpendiculares entre si e à direção de propagação (transversal), que não precisa de meio, e situar Maxwell (previsão, 1865) e Hertz (detecção, 1887); julgar itens que atribuem à luz etiquetas do som (2019/99, 2020/12).
  • Aplicar c = λf com c = 3 × 10⁸ m/s e prefixos (kHz, MHz, GHz, nm, μm) para converter frequência em comprimento de onda e vice-versa em rádio, micro-ondas e luz visível, reconhecendo que no vácuo todas as frequências têm a mesma velocidade (2008/63).
  • Organizar o espectro eletromagnético por frequência crescente (rádio, micro-ondas, infravermelho, visível, ultravioleta, raios X, gama) com ordens de grandeza de λ e f e um uso por faixa, entendendo as fronteiras como convenções e a distinção X/gama pela origem (2025/99).
  • Relacionar qualitativamente a energia entregue por pacote à frequência, distinguir radiação ionizante de não ionizante e separar intensidade (energia por segundo por área) de energia por pacote (2019/98, 2011/96), deixando E = hf e o fóton para a física moderna.
  • Explicar que a cor é a frequência: ao trocar de meio, v e λ mudam e f (e a cor) se conservam; converter os extremos do visível (400–700 nm ↔ 7,5–4,3 × 10¹⁴ Hz) e esboçar o gráfico f × λ como hipérbole (2019/100 tipo D; 2020/17).
  • Descrever a interação luz-matéria como partilha entre refletida, absorvida e transmitida, dependente do material e da faixa, e prever a cor de um objeto sob um iluminante dado (2014/56, 2020/18, 2020/15), inclusive a leitura de gráficos de absorção (2011/97, 2011/98).
  • Usar a seletividade espectral para explicar o efeito estufa (o CO₂ absorve e reemite infravermelho, não reflete), a termografia (todo corpo emite infravermelho), o forno de micro-ondas (dipolo da água girando no campo oscilante, 2012/34), o protetor solar (UVA/UVB/UVC) e a radiografia (o osso absorve mais raios X).
  • Descrever a comunicação por ondas eletromagnéticas: antena como corrente oscilante (comprimento ~λ/4), portadora e modulação AM/FM, alcance versus capacidade (difração do AM, visada do 5G), satélite geoestacionário e fibra óptica, resolvendo a conta de potência com THz, μm e km (2023/102).
  • Converter distância em tempo de viagem da luz (t = d/c) para Lua, Sol, Marte e GPS, interpretar o ano-luz como unidade de distância e reconhecer a consequência de um erro de relógio na posição calculada pelo GPS.

Fim de tarde, celular na mão, uma torre de telefonia no horizonte e o Sol quase se pondo atrás dela. Três coisas chegam até você nesse instante: a luz alaranjada do Sol, o sinal que a torre troca com o aparelho e a luz da tela que você está olhando. As três são a mesma coisa: perturbações do campo elétrico e do campo magnético que se alimentam mutuamente, cada variação de um criando o outro, e que por isso seguem viagem sozinhas, a 300 000 km por segundo, dispensando ar, água ou fio. Repare nas distâncias percorridas até você: a luz solar cruzou o espaço interplanetário por mais de oito minutos sem encontrar matéria nenhuma; o sinal da torre venceu alguns quilômetros de ar; a luz da tela, meio metro. O que muda de uma para a outra é um único número, a frequência, e dele dependem o comprimento de onda, a energia que cada pedaço da onda carrega e o que a matéria faz quando a onda chega: devolve, engole ou deixa passar.

Esta página é a última do bloco de ondulatória e trata da família inteira das ondas eletromagnéticas: o que elas são, por que todas correm à mesma velocidade no vácuo, como o espectro se organiza do rádio ao raio gama, por que a energia cresce com a frequência, por que a cor é a frequência e não o comprimento de onda, como a matéria reflete, absorve e transmite cada faixa (a camiseta vermelha, a estufa, o forno de micro-ondas, o protetor solar, a radiografia) e como a comunicação moderna usa cada pedaço da régua. O que uma onda é e a equação v=λfv = \lambda f estão em ondas; refração, difração, interferência e polarização, em fenômenos ondulatórios; o som, em acústica. O fóton e o efeito fotoelétrico ficam para a física moderna e entram aqui só como remissão de uma frase; espelhos, lentes e a lei de Snell, para a óptica geométrica.

Dois campos que se sustentam: o que é uma onda eletromagnética

Sacuda uma carga elétrica para cima e para baixo. Perto dela, o campo elétrico muda a cada instante; um campo elétrico que varia produz um campo magnético; um campo magnético que varia produz, por sua vez, um campo elétrico. Nenhum dos dois precisa da carga para continuar: uma vez lançados, eles se regeneram mutuamente e a perturbação se afasta da fonte carregando energia. Isso é uma onda eletromagnética. Foi James Clerk Maxwell quem, em 1865, escreveu as equações do eletromagnetismo e viu nelas uma onda cuja velocidade, calculada só com constantes elétricas e magnéticas medidas em laboratório, dava o valor conhecido da velocidade da luz. A conclusão era ousada: a luz é uma onda eletromagnética. Em 1887, Heinrich Hertz produziu e detectou em laboratório ondas de rádio com um circuito oscilante e uma espira, e mostrou que elas refletiam, refratavam e se polarizavam como a luz. A previsão estava confirmada; a unidade de frequência leva o nome dele.

Onda eletromagnética: transversal, sem meio, à velocidade c

Chama-se onda eletromagnética a perturbação em que um campo elétrico E⃗\vec{E} e um campo magnético B⃗\vec{B}, ambos oscilantes, avançam juntos pelo espaço; em cada ponto, E⃗\vec{E} é perpendicular a B⃗\vec{B}, e os dois são perpendiculares à direção em que a onda caminha. Trata-se, portanto, de uma onda transversal: os campos oscilam de lado, não ao longo do caminho. Ela não precisa de meio material: os campos existem no vácuo, e é por isso que a luz das estrelas chega até nós. No vácuo, toda onda eletromagnética, seja qual for a frequência, viaja a

c=299 792 458 m/s≈3,0×108 m/s,c = 299\,792\,458 \text{ m/s} \approx 3{,}0 \times 10^8 \text{ m/s},

trezentos mil quilômetros por segundo. Os dois campos oscilam em fase (zeram e atingem o máximo juntos), e o sentido de propagação é dado pelo produto vetorial E⃗×B⃗\vec{E} \times \vec{B}: se E⃗\vec{E} aponta em +y+y e B⃗\vec{B} em +z+z, a onda avança em +x+x. A fonte de qualquer onda eletromagnética é uma carga acelerada ou uma corrente elétrica variável: elétrons oscilando numa antena, elétrons saltando entre níveis num átomo, partículas freadas num tubo de raios X, núcleos em transição.

Diagrama tridimensional em perspectiva de uma onda eletromagnética plana. Um eixo horizontal x, rotulado direção de propagação, com uma seta indicando o sentido positivo. Sobre ele, uma senoide azul no plano vertical representa o campo elétrico E, com setas verticais partindo do eixo até a curva, rotulada E ao longo de y; uma senoide laranja no plano horizontal, perpendicular à azul, representa o campo magnético B, com setas horizontais, rotulada B ao longo de z. As duas senoides cruzam o eixo nos mesmos pontos e têm máximos nos mesmos pontos. Uma chave marca um comprimento de onda lambda entre duas cristas da senoide azul. Um pequeno triedro no canto mostra os eixos x, y e z, e uma legenda diz que E e B estão em fase, são perpendiculares entre si e à propagação e que a velocidade c é a mesma para qualquer lambda.
Uma onda eletromagnética plana: E⃗\vec{E} oscila num plano, B⃗\vec{B} oscila no plano perpendicular, os dois em fase, e a onda avança perpendicularmente aos dois. A figura mostra orientações, não amplitudes; EE e BB têm unidades diferentes e não se comparam pela altura das curvas. Diagrama autoral.

A geometria dos campos é cobrada ao pé da letra. PAS 3, 2019, item 99, num texto sobre a faixa visível do espectro: “Em uma onda eletromagnética, como a luz visível, os vetores campo elétrico e campo magnético são simultaneamente perpendiculares entre si e à direção de propagação da onda.” Gabarito C: é a definição. O par de etiquetas trocadas apareceu um ano depois, na 2.ª etapa de 2020, quando a Noite estrelada de van Gogh foi descrita como iluminada por uma onda “mecânica do tipo longitudinal e bidimensional, formada pela oscilação de campos elétrico e magnético perpendiculares entre si”: a luz é eletromagnética, transversal e tridimensional, e o item foi E (ele está resolvido em ondas). Quem tem a definição pronta julga os dois em segundos.

"Onda eletromagnética precisa de um meio para se propagar"

Não. O som precisa de ar, água ou pedra, porque é o meio que oscila; a onda eletromagnética é a oscilação dos próprios campos, e campos existem no vácuo. Se precisasse de meio, não haveria luz do Sol, sinal de satélite nem foto da Lua. O que o meio faz quando existe é outra coisa: desacelera a onda (v=c/nv = c/n) e absorve algumas faixas. Item que negue a propagação no vácuo, ou que ponha a luz precisando de “éter”, está errado.

Todas correm a c no vácuo, e c = λf amarra frequência e comprimento

Uma antena de FM oscila cem milhões de vezes por segundo; um átomo que emite luz verde, seiscentos trilhões; um núcleo que emite raio gama, mais de um quintilhão. Cada oscilação completa lança no espaço um comprimento de onda inteiro, e a onda avança a cc. Logo, em um segundo, a antena espalhou ff comprimentos de onda ao longo de cc metros:

A equação da ondulatória com a velocidade da luz

c=λf⟹λ=cf,f=cλ,c = \lambda f \quad\Longrightarrow\quad \lambda = \frac{c}{f}, \qquad f = \frac{c}{\lambda},

com c=3×108c = 3 \times 10^8 m/s, λ\lambda em metros e ff em hertz. Como cc é a mesma para todas, frequência e comprimento de onda são inversamente proporcionais: dobrar ff é cortar λ\lambda pela metade. Frequência alta é comprimento de onda curto, e vice-versa, sem exceção. A frequência é da fonte e não muda quando a onda troca de meio; a velocidade é do meio (v=c/nv = c/n, com nn o índice de refração); o comprimento de onda no meio é o que se ajusta, λmeio=λ0/n\lambda_{\text{meio}} = \lambda_0/n.

Os prefixos decidem a conta antes da física: quilo é 10310^3, mega 10610^6, giga 10910^9, tera 101210^{12}; mili 10−310^{-3}, micro 10−610^{-6}, nano 10−910^{-9}. Três exemplos fixam as ordens de grandeza. Rádio FM a 90 MHz (o começo do dial): λ=3×108/(9×107)≈3,3\lambda = 3 \times 10^8 / (9 \times 10^7) \approx 3{,}3 m, uma onda mais comprida que um carro popular; a haste de antena do carro mede uns 80 cm porque um quarto de onda já capta bem. Wi-Fi na faixa de 5 GHz: λ=3×108/(5×109)=0,06\lambda = 3 \times 10^8 / (5 \times 10^9) = 0{,}06 m, 6 cm; é por isso que as antenas do roteador têm o tamanho de um dedo. Luz verde de 500 nm: f=3×108/(5×10−7)=6×1014f = 3 \times 10^8 / (5 \times 10^{-7}) = 6 \times 10^{14} Hz, seiscentos trilhões de oscilações por segundo. Uma frequência de “alguns milhares de hertz” para luz visível é sinal de erro de prefixo: visível é 101410^{14}.

Exemplo resolvido. Uma emissora de rádio AM transmite em 1 000 kHz; um radar de aeroporto opera em 3 GHz. Pergunta: qual é o comprimento de onda de cada um, e quantas vezes o da emissora é maior que o do radar? Conta: AM: f=106f = 10^6 Hz, λ=3×108/106=300\lambda = 3 \times 10^8 / 10^6 = 300 m. Radar: f=3×109f = 3 \times 10^9 Hz, λ=3×108/(3×109)=0,1\lambda = 3 \times 10^8 / (3 \times 10^9) = 0{,}1 m =10= 10 cm. Razão: 300/0,1=3 000300 / 0{,}1 = 3\,000. Conferência: a razão das frequências é 3×109/106=3 0003 \times 10^9 / 10^6 = 3\,000, a mesma, invertida; e faz sentido que uma onda de 300 m contorne prédios e morros enquanto o radar de 10 cm precise de visada direta, um assunto que volta na seção de comunicação.

A banca gosta de testar a mesma velocidade pela negativa. PAS 3, 2008, item 63 (tipo C), num esquema da Internet com linhas telefônicas, antenas de micro-ondas, satélite e cabo, pediu a opção incorreta, e a opção D dizia: “Sabendo-se que, no vácuo, o comprimento de onda das microondas é maior que o da luz visível, conclui-se que, nesse meio, a velocidade das microondas é menor que a da luz visível.” No vácuo não existe onda eletromagnética mais lenta ou mais rápida: todas vão a cc, e comprimento de onda maior significa apenas frequência menor. D era a falsa, e por isso a resposta. As outras três opções, verdadeiras, são uma aula em três linhas: satélites geoestacionários acompanham a rotação da Terra (A); a frequência de uma onda eletromagnética independe do índice de refração do meio (B), porque a frequência é da fonte; e linhas telefônicas de cobre sofrem influência de emissões eletromagnéticas externas ©, porque um condutor sente campos variáveis, o mesmo princípio da antena.

"Frequência maior, onda mais rápida" e "frequência muda no vidro"

Duas trocas de etiqueta, uma para cada lado da equação. No vácuo, cc não depende de ff: violeta e vermelho chegam juntos do Sol. E ao entrar no vidro a luz desacelera, encurta o comprimento de onda e mantém a frequência, porque cada crista que chega à fronteira atravessa, uma por uma, no ritmo em que a fonte as produziu. A frequência é a identidade da onda; velocidade e comprimento de onda são o passaporte carimbado pelo meio.

O espectro: uma régua só, sete apelidos

Rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios X e raios gama são a mesma coisa em tamanhos diferentes. Chama-se espectro eletromagnético ao conjunto ordenado de todas as frequências que uma onda eletromagnética pode ter, uma escala contínua em que não existe lacuna nem ponto em que a natureza da onda mude. Os nomes são apelidos de regiões, dados por quem as descobriu e por como se produzem e se detectam; as fronteiras são convenções, e algumas faixas se sobrepõem. A régua cobre mais de vinte ordens de grandeza, e por isso só se desenha em escala logarítmica: cada passo multiplica a frequência por dez.

As faixas, do rádio ao gama
faixa comprimento de onda (vácuo) frequência de onde vem, para que serve
rádio de quilômetros a cerca de 1 m até ∼3×108\sim 3 \times 10^8 Hz antenas com correntes oscilantes; AM, FM, TV, radioamador
micro-ondas 1 m a 1 mm 3×1083 \times 10^8 a 3×10113 \times 10^{11} Hz válvulas e circuitos; forno, Wi-Fi, celular, radar, satélite, GPS
infravermelho 1 mm a 700 nm 3×10113 \times 10^{11} a 4,3×10144{,}3 \times 10^{14} Hz todo corpo morno; controle remoto, câmera térmica, fibra óptica
visível 700 nm (vermelho) a 400 nm (violeta) 4,3×10144{,}3 \times 10^{14} a 7,5×10147{,}5 \times 10^{14} Hz Sol, lâmpadas, LEDs; o olho
ultravioleta 400 nm a 10 nm 7,5×10147{,}5 \times 10^{14} a 3×10163 \times 10^{16} Hz Sol, lâmpadas de descarga; bronzeado, esterilização
raios X 10 nm a 0,01 nm 3×10163 \times 10^{16} a 3×10193 \times 10^{19} Hz elétrons freados ou saltos internos do átomo; radiografia, tomografia
raios gama abaixo de 0,01 nm acima de 3×10193 \times 10^{19} Hz transições do núcleo atômico; radioterapia, esterilização

Da esquerda para a direita o comprimento de onda cai, a frequência sobe e, com ela, a energia transportada por cada pacote de onda. Micro-ondas são, tecnicamente, a ponta curta das ondas de rádio; raios X e raios gama se sobrepõem em frequência, e a etiqueta se decide pela origem (X nasce de elétrons; gama, do núcleo), não pelo efeito.

Infográfico do espectro eletromagnético em escala logarítmica. Uma barra horizontal dividida em sete regiões coloridas, da esquerda para a direita: ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios X e raios gama. Acima da barra, um eixo de frequência em hertz com marcas de 10 elevado a 4 até 10 elevado a 22; abaixo, um eixo de comprimento de onda com marcas de 1 quilômetro, 1 metro, 1 milímetro, 1 micrômetro, 1 nanômetro e 1 picômetro, decrescendo para a direita. Sob cada região há um pequeno rótulo de uso: antena de rádio, forno e Wi-Fi, controle remoto e câmera térmica, olho, bronzeado, radiografia, radioterapia. Uma seta longa aponta para a direita com o texto frequência e energia por pacote crescem, comprimento de onda diminui. A faixa do visível está ampliada abaixo em um arco-íris de 400 a 700 nanômetros, com as marcas 400, 500, 600 e 700 e as cores violeta, azul, verde, amarelo, laranja e vermelho.
A régua inteira em escala logarítmica: cada marca do eixo multiplica a frequência por cem. O visível, ampliado embaixo, é uma fatia estreita, menos de uma oitava, num espectro de mais de vinte ordens de grandeza. Os limites entre faixas são convenções; X e gama se sobrepõem. Diagrama autoral.

O que define uma onda eletromagnética é a frequência, não a certidão de nascimento. PAS 3, 2025, item 99, num texto sobre radioatividade e suas aplicações: “Ainda que tenham a mesma frequência e o mesmo comprimento de onda, raios X e raios γ são ondas eletromagnéticas diferentes e, portanto, produzem consequências diferentes ao interagirem com a matéria.” Gabarito E. Duas ondas de mesma frequência são a mesma onda: mesma velocidade no vácuo, mesmo comprimento de onda, mesma energia por pacote, mesmos efeitos sobre a matéria. As duas faixas se sobrepõem numa região larga do espectro: um tubo de raios X operado em alta tensão emite frequências que um núcleo radioativo de baixa energia também emite, e nenhum detector distingue um fóton do outro. O rótulo registra apenas onde a onda foi produzida (elétrons freados ou rearranjados, no caso dos raios X; transições nucleares, no caso dos gama); a física da onda está inteira na frequência.

O visível é uma fresta

A faixa que o olho vê vai de 400 a 700 nm: a frequência do violeta é menos que o dobro da do vermelho. Em música, isso é menos de uma oitava. O espectro inteiro, do rádio de quilômetros ao gama subatômico, cobre mais de vinte ordens de grandeza; a luz visível é uma fresta nele. Não é coincidência que enxerguemos justamente aí: é a faixa em que o Sol emite mais e em que a atmosfera é transparente. Achar que “luz” é a maior parte do espectro é um erro comum, e o item de 2019 abriu exatamente com a frase “a luz visível corresponde a uma estreita faixa do espectro da radiação”.

A energia cresce com a frequência: ionizante e não ionizante

Uma lâmpada de 100 W de luz vermelha e uma de 100 W de luz ultravioleta entregam a mesma energia por segundo. A pele, porém, só se queima com a segunda. A diferença não está na quantidade total de energia, e sim em como ela chega: em pacotes cuja energia individual é proporcional à frequência. Esse é o limite desta página com a física moderna: o pacote se chama fóton, e a relação E=hfE = hf é da página de efeito fotoelétrico. Aqui basta a versão qualitativa, que a prova cobra com frequência.

Energia por pacote cresce com f

A energia que uma onda eletromagnética entrega de cada vez à matéria cresce com a frequência: rádio entrega pouco, visível entrega mais, ultravioleta mais ainda, raios X e gama muito mais. Quando um pacote tem energia suficiente para arrancar um elétron de um átomo ou de uma molécula, a radiação é ionizante: raios X, raios gama e a parte mais energética do ultravioleta. Rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível e o ultravioleta próximo são não ionizantes: podem aquecer, excitar moléculas, provocar reações químicas (o bronzeado), mas não arrancam elétrons pacote a pacote. Intensidade é outra grandeza: quanta energia chega por segundo por metro quadrado. Uma fonte de rádio pode ser intensíssima e continuar não ionizante; uma fonte fraca de raios X continua ionizante. Intensidade conta pacotes; frequência dá a energia de cada um.

Dois itens do PAS 3 são essa frase. 2019, item 98, no texto sobre a luz visível que dizia que as cores “mais quentes (do amarelo ao vermelho) têm maior comprimento de onda e as mais frias (do verde ao violeta) têm menor comprimento de onda”: “As cores mais quentes têm menor energia que as cores mais frias.” Gabarito C. Comprimento de onda maior é frequência menor, e frequência menor é menos energia por pacote: o vermelho, “quente” para o pintor, é a luz de menor energia do visível; o violeta, “frio”, a de maior. As palavras quente e frio aqui são da paleta, não do termômetro. 2011, item 96, num gráfico de absorção das clorofilas A e B: “Na região de comprimento de onda inferior a 500 nm, nos máximos de absorção, a energia dos fótons absorvidos pela clorofila A é maior que a dos fótons absorvidos pela clorofila B.” Gabarito C. No gráfico, o pico azul da clorofila A fica em torno de 430 nm e o da B em torno de 450 nm; comprimento menor, frequência maior, mais energia por pacote. O item exigia ler a figura e aplicar a proporção inversa duas vezes.

"Radiação" não é sinônimo de "nuclear", e micro-ondas não ionizam

A palavra radiação assusta porque a associamos a usinas e bombas. Em física, radiação eletromagnética é qualquer faixa do espectro: a luz da lâmpada é radiação, o calor do fogão que se sente à distância é radiação infravermelha, o sinal do celular é radiação de micro-ondas. O que separa o perigoso do inofensivo é a energia por pacote (ionizante ou não) e a dose. O forno de micro-ondas aquece a comida sem ionizar coisa alguma: cada pacote de 2,45 GHz carrega cerca de cinco milionésimos da energia de um pacote de luz visível, e a comida não “fica radioativa”. O que o forno faz é agitar moléculas, como a seção seguinte mostra.

Luz visível: a cor é a frequência

O olho responde a uma faixa estreita, de cerca de 400 nm (violeta) a 700 nm (vermelho) no vácuo, e traduz cada frequência dentro dela numa sensação de cor: vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, violeta, na ordem crescente de frequência. As frequências correspondentes vão de 4,3×10144{,}3 \times 10^{14} Hz a 7,5×10147{,}5 \times 10^{14} Hz. A conta de conversão é f=c/λf = c/\lambda, e os dois extremos servem de referência: vermelho de 700 nm, f=3×108/(7×10−7)≈4,3×1014f = 3 \times 10^8 / (7 \times 10^{-7}) \approx 4{,}3 \times 10^{14} Hz; violeta de 400 nm, f=3×108/(4×10−7)=7,5×1014f = 3 \times 10^8 / (4 \times 10^{-7}) = 7{,}5 \times 10^{14} Hz. Conferência pela proporção inversa: o comprimento de onda do vermelho é 700/400=1,75700/400 = 1{,}75 vez o do violeta, e a frequência do violeta é 7,5/4,3≈1,757{,}5/4{,}3 \approx 1{,}75 vez a do vermelho; o mesmo fator, nos dois sentidos.

Gráfico da frequência f, em unidades de 10 elevado a 14 hertz, no eixo vertical de 4 a 8, em função do comprimento de onda no vácuo lambda zero, em nanômetros, no eixo horizontal de 400 a 700, com grade. Uma curva decrescente e côncava para cima, uma hipérbole, vai do ponto 400 nanômetros e 7,5 até o ponto 700 nanômetros e 4,3, passando por 500 e 6,0 e por 600 e 5,0. Uma nota diz que no vácuo c é igual a 3 vezes 10 elevado a 8 metros por segundo.
A curva f=c/λf = c/\lambda no visível: uma hipérbole decrescente que liga (400 nm; 7,5×10147{,}5 \times 10^{14} Hz) a (700 nm; 4,3×10144{,}3 \times 10^{14} Hz). É exatamente o esboço pedido pelo item tipo D de 2019 do PAS 3. Diagrama autoral.

Esse gráfico foi cobrado como item de resposta construída. PAS 3, 2019, item 100 (tipo D): “Considerando 3 · 10⁸ m/s como o valor da velocidade da luz no vácuo, esboce, no gráfico disponibilizado a seguir, uma curva que relacione as frequências (f) aos comprimentos de onda (λ) da luz visível.” O caderno trazia um quadriculado com ff em 101410^{14} Hz (marcas 4, 5, 6 e 7) e λ\lambda em 10−910^{-9} m (marcas 400, 500, 600 e 700). A resposta esperada é a hipérbole f=c/λf = c/\lambda: decrescente, mais íngreme à esquerda, passando por (400; 7,5), (500; 6,0), (600; 5,0) e (700; 4,3). Uma reta descendente seria um esboço errado, porque a relação é de proporcionalidade inversa, não linear; uma curva crescente inverteria a física.

A cor é a frequência, não o comprimento de onda

Dentro de um meio material a onda perde velocidade (v=c/nv = c/n); como a frequência é imposta pela fonte e não se altera, é o comprimento de onda que se ajusta, encolhendo pelo mesmo fator (λ=λ0/n\lambda = \lambda_0/n). A sensação de cor é determinada pela frequência que chega à retina; por isso um objeto vermelho debaixo d’água continua vermelho, embora ali o comprimento de onda da luz que sai dele seja três quartos do valor no ar. Tome luz vermelha de 720 nm no vácuo (f=3×108/(7,2×10−7)≈4,17×1014f = 3 \times 10^8 / (7{,}2 \times 10^{-7}) \approx 4{,}17 \times 10^{14} Hz) entrando num vidro de n=1,5n = 1{,}5: a velocidade cai a 2×1082 \times 10^8 m/s, o comprimento de onda cai a 720/1,5=480720/1{,}5 = 480 nm, e a frequência segue 4,17×10144{,}17 \times 10^{14} Hz. Dizer que ela “virou azul” porque tem 480 nm dentro do vidro é o erro clássico: a etiqueta de cor pelo comprimento de onda vale no vácuo.

Dois painéis separados por uma linha vertical cinza que representa a interface. À esquerda, rotulado vácuo, cinco frentes de onda verticais azuis igualmente espaçadas, com o texto lambda zero igual a 720 nanômetros e v igual a 3 vezes 10 elevado a 8 metros por segundo. À direita, rotulado material n igual a 1,50, sete frentes laranja mais próximas, com a separação igual a dois terços da separação do lado esquerdo, e o texto lambda igual a 480 nanômetros e v igual a 2 vezes 10 elevado a 8 metros por segundo. Embaixo, centralizado: mesma frequência, 4,17 vezes 10 elevado a 14 hertz.
Frentes de onda cruzando uma interface em incidência normal: do lado do material elas ficam mais próximas porque a onda desacelera, mas passam pela fronteira no mesmo ritmo em que chegam. A frequência se conserva; velocidade e comprimento de onda caem na razão 1/n1/n (720 nm viram 480 nm no vidro de n=1,5n = 1{,}5). Diagrama autoral.

Dois itens do PAS 2 vivem dessa proporção. 2020, item 17, sobre a Noite estrelada: se as frequências do azul e do amarelo estão na razão 6 para 5, o comprimento de onda do amarelo é 20% maior que o do azul, C, porque no mesmo meio λam/λaz=faz/fam=6/5\lambda_{\text{am}}/\lambda_{\text{az}} = f_{\text{az}}/f_{\text{am}} = 6/5 (o item está resolvido em ondas e reaparece nos exercícios daqui). E a dispersão: como o índice de refração do vidro e da água depende um pouco da frequência, cada cor desacelera de um jeito e o feixe branco se abre. 2014, item 57, num texto sobre a indústria de corantes na Inglaterra vitoriana: “Uma das consequências da dispersão da luz é o fenômeno do arco-íris.” Gabarito C. Cada gota de chuva refrata e reflete a luz do Sol, separando as cores por frequência. O mecanismo detalhado (lei de Snell, prisma) é da página de refração da luz; aqui importa saber que a separação existe porque a velocidade no meio depende da frequência, enquanto no vácuo não depende.

A luz branca do Sol não é uma frequência: é a soma de todas as frequências do visível em proporções parecidas. Uma luz monocromática concentra a energia numa faixa estreita de frequências, como a de um laser ou de um LED colorido. Cores como o magenta e o marrom não têm frequência própria; são misturas que o cérebro compõe a partir das respostas dos três tipos de cone da retina. Foi nesse território que a prova de 2020 entrou: item 15, “As cores utilizadas na tela provocam sensações na retina, e sua percepção depende dessas sensações.” Gabarito C. Cor é frequência de onda e resposta de um sistema sensorial; sem retina, há comprimentos de onda, não cores.

A cor de um objeto é a luz que ele devolve

Uma camiseta vermelha numa balada iluminada só por luz azul parece preta. Nada mudou na camiseta: o pigmento vermelho é vermelho porque reflete a faixa do vermelho e absorve o resto. Quando só chega azul, ele absorve o azul e não tem vermelho para devolver. Cor de objeto é um encontro entre dois fatores, o que o material é capaz de refletir e o que a luz que o ilumina contém.

Refletir, absorver, transmitir

A luz que incide numa superfície tem três destinos possíveis, e a energia que chega se distribui entre eles sem sobra nem falta: uma parte é refletida (volta), uma parte é absorvida (fica e vira energia interna, o corpo esquenta) e uma parte é transmitida (atravessa); as três parcelas, somadas, reconstituem a luz incidente. Como se dá essa partilha depende do material e da frequência. Um objeto opaco tem transmissão nula: sua cor é a fração refletida da luz incidente. Uma folha é verde porque a clorofila absorve fortemente azul e vermelho e reflete o verde. Um objeto branco reflete todas as frequências do visível; um preto absorve todas, e por isso esquenta mais ao sol. Um objeto transparente transmite o visível; se transmite só uma faixa, é um filtro colorido, como um vidro de garrafa verde. E sob luz que não contém a frequência que o objeto reflete, o objeto parece preto: a cor que vemos depende do iluminante.

Dois painéis lado a lado, cada um com uma camiseta desenhada em silhueta e uma lâmpada acima. No painel da esquerda, rotulado luz branca, a lâmpada emite seis setas coloridas para baixo, vermelha, laranja, amarela, verde, azul e violeta; sobre a camiseta, só a seta vermelha volta para cima, rotulada refletida, e as outras cinco terminam na camiseta com o rótulo absorvidas; a camiseta aparece vermelha e um olho ao lado a vê vermelha. No painel da direita, rotulado luz azul, a lâmpada emite apenas setas azuis; todas terminam na camiseta, rotuladas absorvidas, nenhuma seta volta e a camiseta aparece preta, com o olho ao lado e o texto parece preta. Embaixo, a frase: o pigmento não mudou; a luz que chegou é que não tinha vermelho para devolver.
A mesma camiseta sob luz branca e sob luz azul. O pigmento vermelho reflete a faixa do vermelho e absorve o resto; quando a luz incidente não contém vermelho, não há o que devolver, e o objeto parece preto. A cor é o encontro entre o material e o iluminante. Diagrama autoral.

A banca formulou essa ideia duas vezes, de dois jeitos. PAS 2, 2014, item 56, no texto dos corantes artificiais que “livraram as mulheres dos países ricos da Europa dos seus tradicionais, econômicos e lúgubres vestidos pretos”: “A cor que se vê de um objeto depende não só da cor que ele é capaz de refletir, mas também da cor da luz que o ilumina.” Gabarito C, definição operacional do conceito. PAS 2, 2020, item 18, na Noite estrelada: “Se Noite estrelada for uma tela constituída por pigmentos puros e estiver em um ambiente absolutamente escuro e for iluminada com luz monocromática azul, um observador de visão normal perceberá somente as cores azul, verde e preto.” Gabarito E. Sob luz monocromática azul, os pigmentos que refletem azul aparecem azuis e todos os outros aparecem pretos, porque não recebem a frequência que sabem devolver. Não há de onde sair verde: a luz que chega não tem verde, e nenhum pigmento comum cria frequências que não recebeu. A palavra “verde” na lista é o erro plantado.

O gráfico das clorofilas de 2011 rendeu mais dois itens de leitura. Item 97: “A clorofila A reflete mais luz verde que a clorofila B.” Gabarito C. Na região do verde (500 a 550 nm) as duas curvas de absorção estão baixas, e no começo da faixa a da clorofila A fica um pouco abaixo da B (perto de 550 nm elas quase coincidem); absorver menos é refletir mais, e é por isso que as duas são verdes. Item 98: “A partir da figura apresentada, infere-se que o índice de refração da clorofila depende do comprimento de onda.” Gabarito C. A leitura da banca: um material cuja resposta à luz varia com o comprimento de onda (absorve muito em 430 nm e quase nada em 550 nm) é um material dispersivo, com índice de refração que também varia com λ\lambda. Absorção e refração são propriedades distintas, e o salto de uma para a outra é grande para um gráfico só; mas o gabarito oficial é C, e a lição prática é que, para a banca, resposta óptica seletiva e dispersão andam juntas.

Carro preto, carro branco

No estacionamento descoberto, ao meio-dia, dois carros iguais, um preto e outro branco. O capô do branco está morno; o do preto não se consegue tocar. O Sol não fez distinção entre os dois, cada carroceria recebeu exatamente a mesma luz por metro quadrado; a diferença está no destino que cada tinta deu a ela. A branca mandou a maior parte de volta para o céu, a preta reteve quase tudo, e o que fica retido vira energia interna. Uma placa fotovoltaica é escura pelo mesmo motivo, só que de propósito: ela precisa reter a luz, porque é dessa energia absorvida que sai a corrente elétrica. E é também por isso que roupa preta esquenta mais no sol e que as cidades pintam telhados de branco contra as ilhas de calor. A fração refletida tem nome, albedo, e está tratada em propagação de calor.

Seletividade: transparente para uma faixa, opaco para outra

Vidro é transparente. Para a luz visível. Para o infravermelho de comprimento de onda longo, o mesmo vidro é opaco; para o ultravioleta, parcialmente. A atmosfera deixa passar o visível e o rádio, e bloqueia quase todo o ultravioleta distante, os raios X e boa parte do infravermelho. A pele é opaca ao visível e quase transparente aos raios X. A palavra transparente só faz sentido com um complemento: transparente a quê. É essa seletividade que explica meia dúzia de tecnologias e um problema planetário.

Diagrama em corte de uma estufa de vidro sobre o solo, com o Sol no alto à esquerda. Setas amarelas, rotuladas visível, saem do Sol, atravessam o vidro sem desvio e chegam ao solo, onde um rótulo diz absorvido, o solo aquece. Do solo saem setas vermelhas onduladas, rotuladas infravermelho emitido pelo solo; ao chegarem ao vidro, elas não atravessam: um rótulo diz absorvido e reemitido, e parte das setas volta para dentro. À direita, um painel menor mostra uma barra horizontal com três faixas, ultravioleta, visível e infravermelho, e, sobre cada uma, uma palavra indicando o comportamento do vidro: bloqueia em parte, transmite, bloqueia. Uma legenda abaixo diz que a atmosfera com dióxido de carbono e vapor d'água faz o mesmo papel do vidro.
A seletividade em ação: o vidro (e a atmosfera com CO₂ e vapor d'água) transmite o visível que vem do Sol e absorve o infravermelho que o solo aquecido emite, reemitindo parte dele para baixo. Nada é "refletido" pelo gás: é absorvido e reemitido. Diagrama autoral.

Efeito estufa. O Sol emite sobretudo no visível e no infravermelho próximo; o solo aquecido, a uns 300 K, emite infravermelho de comprimento de onda longo, em torno de 10 μm. A atmosfera é transparente ao primeiro e parcialmente opaca ao segundo: moléculas de CO₂, de metano e de vapor d’água capturam esse infravermelho (absorção) e, instantes depois, o devolvem ao espaço em direções aleatórias (reemissão), de modo que uma fração considerável volta para o chão. A energia entra fácil e sai com dificuldade; a superfície fica mais quente do que ficaria sem atmosfera. Sem o efeito estufa natural a temperatura média da Terra seria cerca de 30 °C mais baixa; o problema é o aumento do efeito pela queima de combustíveis fósseis. A prova de 2024 cobrou o verbo: o CO₂ “produz efeito estufa devido a sua alta capacidade de refletir” foi E, porque o gás absorve e reemite, não reflete. O item e a termodinâmica do fenômeno estão em propagação de calor.

Termografia. Todo corpo com temperatura acima do zero absoluto emite radiação eletromagnética, e a faixa em que emite mais depende da temperatura: quanto mais quente, mais curto o comprimento de onda do pico. Um corpo humano, a 37 °C, emite infravermelho em torno de 9 a 10 μm, invisível ao olho, mas não a uma câmera térmica, cujo sensor responde entre 8 e 14 μm. É assim que uma termografia mostra janelas e telhados mal isolados em cores quentes, febre na triagem de um aeroporto e um cabo elétrico sobrecarregado num quadro de força. O ferro na forja, aquecido a 800 °C, já emite parte da energia no visível e fica vermelho; a 1 500 °C, amarelo-branco. A lei que dá o pico em função da temperatura (lei de Wien) é assunto de irradiação e de física moderna.

Forno de micro-ondas e água. A molécula de água é polar: tem um lado positivo e um negativo. Num campo elétrico ela gira para se alinhar. O campo do forno, a 2,45 GHz, inverte de sentido quase cinco bilhões de vezes por segundo, e as moléculas tentam acompanhar, girando para lá e para cá, esbarrando nas vizinhas; a agitação é calor. Por isso o forno aquece o que tem água, gordura ou açúcar e mal aquece o prato de vidro ou o plástico seco; por isso o metal, que reflete micro-ondas, não pode ir dentro (o campo induz correntes e faíscas) e a grade da porta, com furos muito menores que os 12 cm de comprimento de onda, funciona como uma parede para a onda e deixa passar a luz visível, de comprimento de onda duzentas mil vezes menor. PAS 3, 2012, item 34, num texto que dizia que “o campo elétrico variável no tempo gerado pelo aparelho de micro-ondas produz oscilações em moléculas dipolares”: “O campo elétrico que age sobre o dipolo molecular realiza trabalho para girar a molécula, até que o eixo dipolar fique paralelo às linhas de campo elétrico.” Gabarito C. Sobre o dipolo atuam duas forças de sentidos opostos, uma em cada extremidade carregada, e esse par produz um torque que tende a deixar o eixo da molécula paralelo ao campo; mas o campo troca de sentido a cada meio período, quase cinco bilhões de vezes por segundo, e o torque troca junto: a molécula vive tentando acompanhar, sem jamais chegar ao repouso.

Protetor solar e ultravioleta. O ultravioleta do Sol chega em duas faixas relevantes: UVA (315 a 400 nm), que penetra mais e envelhece a pele, e UVB (280 a 315 nm), mais energético, responsável pela queimadura e pela maior parte do risco de câncer de pele; o UVC, abaixo de 280 nm, é absorvido pelo ozônio e pelo oxigênio antes de chegar ao chão. O protetor solar é uma camada de moléculas e partículas que absorvem e espalham o ultravioleta antes que ele alcance a pele, e o fator de proteção mede quanto ele reduz o UVB. O vidro comum bloqueia a maior parte do UVB e deixa passar boa parte do UVA: dá para se bronzear devagar atrás de uma janela, mas dificilmente se queimar.

Raios X e densidade. Os raios X de uma radiografia atravessam a pele e os músculos e são absorvidos mais pelos ossos, ricos em cálcio, elemento mais pesado que o carbono, o hidrogênio e o oxigênio dos tecidos moles. O filme ou o sensor atrás do paciente recebe menos radiação onde havia osso: é a sombra branca da imagem. Uma obturação metálica aparece ainda mais branca; o ar dos pulmões, quase preto. A tomografia gira o feixe em torno do corpo e reconstrói a absorção ponto a ponto. Como a radiação é ionizante, a dose se controla; a ressonância magnética, que usa campo magnético e radiofrequência, não usa radiação ionizante, e essa diferença é matéria de prova.

Controle remoto, câmera do celular e a janela de rádio

O controle remoto da TV emite infravermelho próximo, em torno de 940 nm, invisível ao olho; aponte-o para a câmera do celular e verá o LED piscar na tela, porque o sensor da câmera enxerga um pouco além do vermelho. A mesma seletividade governa a astronomia: a atmosfera abre duas “janelas”, a do visível e a do rádio (de alguns centímetros a alguns metros). Por isso os radiotelescópios ficam no chão, enquanto os telescópios de raios X e de infravermelho distante precisam ir ao espaço, acima do ar que absorveria o que eles querem ver.

Comunicação: da antena ao celular

Uma corrente que oscila num fio irradia uma onda eletromagnética de mesma frequência; uma onda que chega a um fio faz nele oscilar uma corrente de mesma frequência. Isso é uma antena, nos dois sentidos. O tamanho da antena acompanha o comprimento de onda: um quarto de onda é uma boa medida, e por isso a antena de FM (λ entre 2,8 e 3,4 m ao longo do dial) tem perto de 80 cm, a de um roteador Wi-Fi (λ de 6 a 12 cm, conforme a faixa) tem alguns centímetros e a do celular (λ entre 8 e 40 cm) cabe dentro da carcaça. Uma emissora de AM em 1 000 kHz, com λ = 300 m, precisa de uma torre de dezenas de metros.

Portadora e modulação

Uma onda senoidal pura, de frequência e amplitude fixas, não carrega mensagem: é sempre igual. Para transmitir voz ou dados, altera-se de modo controlado uma característica de uma onda de alta frequência, a portadora. Na modulação em amplitude (AM) a amplitude da portadora acompanha o sinal (uma voz de algumas centenas de hertz “desenha” a envoltória de uma portadora de centenas de quilohertz); na modulação em frequência (FM) é a frequência instantânea que oscila em torno da portadora, e a amplitude fica constante, o que torna o FM mais imune a ruído. Os sistemas digitais (Wi-Fi, 4G, 5G) combinam variações de amplitude e de fase para representar sequências de bits. A frequência da voz não é a frequência da onda que a transporta.

Gráfico de um sinal relativo em função do tempo t em segundos, de 0 a 2, com eixo vertical marcado em menos 1,5, 0 e 1,5. Uma curva azul oscila rapidamente, com cerca de doze ciclos por segundo, e sua amplitude cresce e diminui lentamente, com máximos em t igual a 0, 1 e 2 segundos e mínimos em 0,5 e 1,5. Duas curvas suaves, uma laranja em cima e uma roxa embaixo, acompanham os picos da curva azul e formam a envoltória. A legenda identifica a curva azul como sinal modulado e as curvas suaves como envoltórias.
Modulação em amplitude com escalas reduzidas para caber no gráfico: portadora de 12 Hz e sinal de 1 Hz. Numa emissora real a portadora tem centenas de quilohertz e o sinal, algumas centenas de hertz; a informação está na envoltória, não na oscilação rápida. Diagrama autoral.

Por que o rádio contorna o morro e o 5G não. Uma onda contorna obstáculos de tamanho comparável ao seu comprimento de onda; é a difração, tratada em fenômenos ondulatórios. Uma onda de AM, com 300 m, passa por cima de morros e entre prédios como se não existissem; o FM, com 3 m, já sofre sombras atrás de grandes obstáculos; o Wi-Fi de 12 cm atravessa paredes com perda, mas mal contorna esquinas; e as faixas milimétricas do 5G, com um centímetro ou menos, praticamente exigem visada direta e são bloqueadas por uma parede ou pela folhagem, o que obriga a instalar muitas antenas pequenas em vez de poucas torres altas. Frequência maior tem outra vantagem que compensa: cabe mais informação por segundo. É uma troca entre alcance e capacidade, e o espectro é administrado como um recurso escasso: cada faixa tem dono, licença e uso definidos.

Satélites e fibra. Um satélite geoestacionário dá uma volta em torno da Terra em 24 horas e por isso parece parado no céu, permitindo antenas fixas (gravitação, na página de leis de Kepler e órbitas); ele conversa com o chão em micro-ondas, que atravessam a atmosfera. A fibra óptica faz o caminho oposto: em vez de espalhar a onda pelo ar, confina luz infravermelha (em torno de 1 500 nm, onde o vidro é mais transparente) dentro de um fio de vidro por reflexão total, tema de fenômenos ondulatórios e de refração. O que interessa aqui é que a onda guiada continua sendo onda eletromagnética, com c=λ0fc = \lambda_0 f no vácuo e v=c/nv = c/n no vidro, e que a potência do sinal cai ao longo do trajeto. PAS 2, 2023, item 102 (tipo C), no bloco da fibra óptica: “Considere-se que a potência do raio de luz seja dada, em watt, por p(s)=kf2×s2p(s) = \dfrac{k}{f^2 \times s^2}, em que f é a frequência da onda eletromagnética correspondente, em THz, s é o comprimento do trajeto efetivamente percorrido pelo raio a partir do ponto o1o_1, em km, e k é um parâmetro igual a 9,0 W · THz² · km². Considere-se, ainda, que n1=1,2n_1 = 1{,}2, λi=1,5\lambda_i = 1{,}5 μm, s = 18 km.” Pedia-se a potência do raio ii em o2o_2, com opções A) inferior a 1,5 μW; B) entre 1,5 e 2,0 μW; C) entre 2,0 e 2,5 μW; D) superior a 2,5 μW. Gabarito A. A frequência sai de v=λfv = \lambda f com v=c/n1=2,5×108v = c/n_1 = 2{,}5 \times 10^8 m/s: f=2,5×108/(1,5×10−6)≈1,67×1014f = 2{,}5 \times 10^8 / (1{,}5 \times 10^{-6}) \approx 1{,}67 \times 10^{14} Hz =167= 167 THz. Então p=9,0/(1672×182)=9,0/(2,8×104×324)≈9,0/(9,0×106)=1,0×10−6p = 9{,}0 / (167^2 \times 18^2) = 9{,}0 / (2{,}8 \times 10^4 \times 324) \approx 9{,}0 / (9{,}0 \times 10^6) = 1{,}0 \times 10^{-6} W =1,0= 1{,}0 μW, inferior a 1,5 μW. Quem usa cc em vez de c/n1c/n_1 obtém 200 THz e 0,69 μW, também na opção A: o item foi construído para que a decisão não dependesse desse detalhe, mas dependesse de converter micrômetro, terahertz e quilômetro sem escorregar.

GPS: distância medida com relógio

O receptor de GPS não mede distância; mede tempo. Cada satélite transmite a hora exata em que enviou o sinal; o receptor compara com a hora em que o recebeu e multiplica o atraso por cc. Do satélite, a 20 000 km, o sinal leva cerca de 67 milésimos de segundo. Um erro de um milionésimo de segundo no relógio vira um erro de 3×108×10−6=3003 \times 10^8 \times 10^{-6} = 300 m na posição; por isso os satélites carregam relógios atômicos e o sistema corrige até os efeitos da relatividade sobre a marcha deles. Com quatro satélites, o receptor resolve as três coordenadas e o próprio erro de relógio.

A velocidade é finita: toda distância vira um atraso

Trezentos mil quilômetros por segundo parecem infinitos na escala de uma sala, e não são na escala do Sistema Solar. A luz leva 1,3 s para vir da Lua: a conversa entre Houston e os astronautas da Apollo tinha uma pausa de 2,6 s entre pergunta e resposta, ida e volta. Do Sol, 8 minutos e 20 segundos: se ele se apagasse agora, só saberíamos daqui a oito minutos. De Marte, entre 3 e 22 minutos conforme a posição dos dois planetas, o que impede pilotar um robô marciano em tempo real e obriga a programar cada manobra com antecedência. Da estrela mais próxima, Proxima Centauri, 4,2 anos.

Ano-luz e a conta do atraso

O ano-luz mede quanto caminho a luz cobre, no vácuo, ao longo de um ano inteiro: 3×108 m/s×3,15×107 s≈9,5×10153 \times 10^8 \text{ m/s} \times 3{,}15 \times 10^7 \text{ s} \approx 9{,}5 \times 10^{15} m, quase dez trilhões de quilômetros. Apesar do nome, é unidade de distância, não de tempo. O atraso de qualquer sinal eletromagnético é t=d/ct = d/c: Lua (3,8×1083{,}8 \times 10^8 m) →\to 1,3 s; Sol (1,5×10111{,}5 \times 10^{11} m) →\to 500 s; Marte na maior aproximação (5,5×10105{,}5 \times 10^{10} m) →\to 3 min. Olhar para o céu é olhar para o passado: a luz de uma galáxia a 2 milhões de anos-luz saiu de lá há 2 milhões de anos.

Linha do tempo horizontal em escala logarítmica de tempo de viagem da luz, de 1 microssegundo a 10 anos. Marcas com ícones simples e rótulos: 300 metros em 1 microssegundo, com a nota erro de relógio do GPS; satélite de GPS em 67 milissegundos; Lua em 1,3 segundo; Sol em 8 minutos e 20 segundos; Marte entre 3 e 22 minutos, representado por uma barra; Proxima Centauri em 4,2 anos. Acima da linha, a fórmula t igual a d sobre c com c igual a 3 vezes 10 elevado a 8 metros por segundo.
Distâncias convertidas em tempo de viagem da luz, em escala logarítmica: do microssegundo que define a precisão do GPS aos anos que separam as estrelas. Diagrama autoral.

Exemplo resolvido. Um comando é enviado da Terra a uma sonda em Marte quando os planetas estão a 2,25×10112{,}25 \times 10^{11} m um do outro. Pergunta: quanto tempo leva para a confirmação de execução voltar à Terra? Conta: ida t=d/c=2,25×1011/(3×108)=750t = d/c = 2{,}25 \times 10^{11} / (3 \times 10^8) = 750 s =12,5= 12{,}5 min; ida e volta, 25 min. Conferência: a distância dada é 1,5 vez a distância Terra–Sol (1,5×10111{,}5 \times 10^{11} m), e o tempo, 750 s, é 1,5 vez os 500 s da luz solar. Nenhum controle remoto funciona com 25 minutos de atraso: a sonda precisa decidir sozinha.

Como a banca pergunta

O PAS trata as ondas eletromagnéticas como uma etiqueta a conferir, quase sempre pendurada num texto de outra área: uma tela de van Gogh, a história dos corantes, a fotossíntese, a fibra óptica, a radioatividade. Os moldes se repetem.

  • Definição ao pé da letra. Campos perpendiculares entre si e à propagação (2019/99, C); “onda mecânica longitudinal” para a luz (2020/12, E). Tenha a frase pronta.
  • Proporção inversa entre f e λ. Razão 6/5 vira 20% (2020/17, C); no mesmo meio, o raio de frequência maior tem obrigatoriamente o λ menor, e o “necessariamente” do enunciado é verdadeiro (2023/99, C); esboçar f=c/λf = c/\lambda (2019/100, tipo D).
  • Mesma velocidade no vácuo. Opção que atribui às micro-ondas, por terem λ maior, uma velocidade inferior à da luz no vácuo é a falsa (2008/63-D); a frequência independe do índice de refração (2008/63-B, verdadeiro).
  • A origem não muda a onda. Frequências iguais, onda igual, efeitos iguais, seja o fóton de um tubo ou de um núcleo (2025/99, E).
  • Energia cresce com f. Cores “quentes” têm menor energia (2019/98, C); pico de absorção em comprimento menor é pacote mais energético (2011/96, C).
  • O verbo da interação. Cor do objeto depende do material e do iluminante (2014/56, C); sob luz azul não aparece verde (2020/18, E); o CO₂ absorve e reemite, não reflete (2024/53, E); a placa escura absorve (2024/48, C); o dipolo gira no campo do micro-ondas (2012/34, C).
  • Conta com prefixos. Potência na fibra com THz, μm e km (2023/102, A).

Os erros que a prova planta

  • “A onda eletromagnética precisa de um meio.” Não precisa; a luz das estrelas atravessa o vácuo. O meio, quando existe, desacelera e absorve; não é condição de existência.
  • “Frequência maior, velocidade maior.” No vácuo todas vão a cc. Frequência maior é comprimento de onda menor e energia por pacote maior, não velocidade maior.
  • “Entrou no vidro e mudou de cor.” A cor é a frequência, que se conserva; muda o comprimento de onda (λ0/n\lambda_0/n) e a velocidade (c/nc/n). A etiqueta “400 nm = violeta” vale no vácuo.
  • “Micro-ondas e celular são radiação ionizante.” Não são: a energia por pacote é cerca de um bilhão de vezes menor que a dos raios X. Podem aquecer; não arrancam elétrons.
  • “Radiação é coisa de usina nuclear.” Luz, calor radiante, rádio e Wi-Fi são radiação eletromagnética. O que importa é se é ionizante e qual é a dose.
  • “Luz mais intensa é luz mais energética.” Intensidade é energia por segundo por área, e conta pacotes; a energia de cada pacote depende só da frequência. Um farol vermelho de mil watts continua não ionizante.
  • “Raios X e raios gama são ondas de natureza diferente.” São a mesma família; o nome vem da origem (elétrons ou núcleo). Mesma frequência, mesma onda.
  • “O visível é a maior parte do espectro.” É uma fresta de menos de uma oitava em mais de vinte ordens de grandeza.
  • “O objeto tem cor própria, independente da luz.” Tem uma capacidade de refletir; a cor vista depende do que a luz incidente contém. Vermelho sob luz azul parece preto.
  • “O CO₂ reflete o infravermelho.” Absorve e reemite. Refletir é outro fenômeno, e a troca do verbo derruba o item.

O essencial em meia página

  • Onda eletromagnética: campos E⃗\vec{E} e B⃗\vec{B} oscilando em fase, perpendiculares entre si e à propagação (transversal); não precisa de meio; fonte = carga acelerada ou corrente variável (antena, átomo, núcleo). Maxwell previu (1865), Hertz detectou (1887).
  • Velocidade: no vácuo, c=3×108c = 3 \times 10^8 m/s para todas as frequências; no meio, v=c/nv = c/n. c=λfc = \lambda f: ff e λ\lambda inversamente proporcionais. A frequência é da fonte e não muda de meio; λ\lambda e vv mudam.
  • Ordens de grandeza: FM 90 MHz → 3,3 m; forno 2,45 GHz → 12 cm; Wi-Fi 5 GHz → 6 cm; visível 400–700 nm → 7,57{,}5–4,3×10144{,}3 \times 10^{14} Hz; raio X ~0,1 nm → 3×10183 \times 10^{18} Hz.
  • Espectro (f crescente): rádio → micro-ondas → infravermelho → luz visível → ultravioleta → raios X → gama. Fronteiras convencionais; X e gama se sobrepõem e se distinguem pela origem. Mesma frequência = mesma onda.
  • Energia por pacote ∝ f. Ionizantes: raios X, gama, UV distante. Não ionizantes: rádio, micro-ondas, IV, visível. Intensidade (energia/s/m²) é outra coisa: conta pacotes.
  • Cor = frequência. Vermelho: λ\lambda maior, ff menor, menos energia; violeta: o contrário. Dispersão: nn depende de ff no meio → prisma, arco-íris. Luz branca = soma; magenta não tem frequência própria; cor exige retina.
  • Interação: refletida + absorvida + transmitida = total, e depende do material e da faixa. Cor do objeto = faixa refletida da luz que chega (vermelho sob azul = preto). Preto absorve e esquenta; branco reflete (albedo).
  • Seletividade: vidro e atmosfera transmitem visível e absorvem IV longo → efeito estufa (CO₂ absorve e reemite, não reflete); todo corpo emite IV → termografia; micro-ondas giram moléculas de água → aquecem; protetor solar absorve UV; raios X atravessam tecido mole e são absorvidos pelo osso.
  • Comunicação: antena ~ λ/4; AM (amplitude) e FM (frequência) modulam uma portadora; λ grande contorna morros (difração), λ milimétrico (5G) exige visada; satélite geoestacionário em micro-ondas; fibra óptica guia IV por reflexão total.
  • Distância vira tempo: t=d/ct = d/c. Lua 1,3 s; Sol 8 min 20 s; Marte 3–22 min; ano-luz ≈9,5×1015\approx 9{,}5 \times 10^{15} m (distância!); GPS: 1 μs = 300 m.

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As ondas eletromagnéticas e do espectro eletromagnético
Khan Academy Brasil · 14:31
Introdução em português: como um campo elétrico variável gera um campo magnético variável e vice-versa, e como o espectro se organiza por frequência e comprimento de onda — as seções Dois campos que se sustentam e O espectro: uma régua só, sete apelidos.
Física 4 - Aula 1 - O que são Ondas Eletromagnéticas
DOUG.FISICA · 69:17
Aprofundamento longo, com capítulos na descrição (2:56 o que são ondas eletromagnéticas; 34:48 tipos; 54:51 velocidade): constrói a ideia dos campos que se propagam e chega a c=λfc = \lambda f — as seções Dois campos que se sustentam e Todas correm a c no vácuo. Use os capítulos para ir direto ao trecho.
Ondas Eletromagnéticas - Brasil Escola
Brasil Escola Oficial · 9:57
Aplicações faixa a faixa, do rádio aos raios gama (forno, controle remoto, radiografia) — apoio às seções Seletividade: transparente para uma faixa, opaco para outra e Comunicação: da antena ao celular.
ENEM 2018 | Ondas eletromagnéticas | Questão 96 (caderno amarelo)
Aulalivre - Enem e vestibulares · 6:07
Resolução de uma questão do ENEM que exige ler um gráfico de absorção por comprimento de onda e situar as faixas do espectro — o mesmo tipo de leitura dos itens das clorofilas (PAS 3 2011) tratados em A energia cresce com a frequência e A cor de um objeto é a luz que ele devolve.
Rota PAS 2
Ondulatória: som, luz e ondas do mar · PAS 2

Fontes desta página

Os materiais abaixo contribuíram para a explicação e os exemplos deste assunto.

  • Rota PAS 2 — Ondulatória: som, luz e ondas do mar · Luz: a onda que dispensa o meio (conceito: onda eletromagnética transversal, c = 3 × 10⁸ m/s, tabela do espectro, cor é frequência, λ encurta no meio, dispersão, cor do objeto; exemplo vermelho 700 nm / violeta 400 nm / vidro n = 1,5; itens PAS 2 2014/56 e 57; checagem 'mesma velocidade no vácuo'); Leia como na prova: dois itens de ondas dentro de uma fibra óptica (texto-base de 2023 e item 102 tipo C, potência p(s) = k/(f²s²))

    Recorte por assunto: a natureza da onda eletromagnética, c = λf, o espectro, a cor como frequência e a interação com a matéria. Do capítulo vieram os dois itens de 2014, o texto-base e o item 102 de 2023 e o exemplo numérico 600 nm → 400 nm no vidro. Refração, reflexão total e Snell (itens 97, 98, 100 e 101 de 2023) ficam em fenomenos-ondulatorios e na óptica geométrica; a equação v = λf e a classificação das ondas, em ondas.

  • Rota PAS 2 — Óptica: espelhos, lentes e o olho · Interação luz-matéria: refletir, absorver, transmitir (conceito refletida + absorvida + transmitida = 1, albedo, seletividade do vidro e da atmosfera, efeito estufa como absorção e reemissão, placa fotovoltaica; itens PAS 2 2024/48 e 53 apenas como remissão, por já estarem em geracao-de-energia-eletrica e propagacao-de-calor)

    Usada para a partilha refletir/absorver/transmitir, a cor dos objetos, o corpo escuro que esquenta e o efeito estufa. A seção seguinte do capítulo, 'Dualidade onda-partícula' (fóton, E = hf, efeito fotoelétrico), NÃO foi usada: entra nesta página só como remissão de uma frase e pertence às páginas de física moderna.

  • Rota PAS 3 — Física moderna: do quantum ao cosmos · Ondas eletromagnéticas: uma só família, do rádio ao raio gama (conceito: E e B perpendiculares, c = λf, espectro, frequência define a onda, X × gama pela origem, correntes variáveis irradiam; exemplo FM 100 MHz → 3 m, forno 2,45 GHz → 12 cm, raio X 1 Å; itens PAS 3 2025/99, 2019/99, 2019/100 tipo D, 2008/63 tipo C, 2012/34, 2011/98; armadilha 'a origem não muda a onda')

    Fonte dos itens do PAS 3 desta página e dos exemplos de antena e forno. Os itens vizinhos do mesmo capítulo que dependem de E = hf, função trabalho, Bohr ou lei de Wien (2011/99, 2008/73–79, 2013/107–108, 2021/94) ficam para as páginas de física moderna e de propagação de calor; 2014/98 (interferência de duas antenas) já está em fenomenos-ondulatorios.

  • Cadernos e gabaritos oficiais do PAS/UnB (Cebraspe) · PAS 2 2014 (itens 56 e 57, corantes artificiais), 2020 Parte 2 (itens 15, 17 e 18, Noite estrelada), 2023 (item 102 tipo C, fibra óptica); PAS 3 2008 (item 63 tipo C, Internet), 2011 (itens 96, 97 e 98, absorção das clorofilas), 2012 (item 34, forno de micro-ondas), 2019 (itens 98, 99 e 100 tipo D, luz visível), 2025 (item 99, raios X e gama)

    Itens reproduzidos verbatim dos cadernos em texto e conferidos na imagem dos PDFs (utils/material/PAS/provas/, páginas do arquivo PDF: 10 de 2014-PAS2, 1 da Parte 2 de 2020-PAS2, 14 de 2023-PAS2, 9 de 2008-PAS3, 22 de 2011-PAS3, 9 de 2012-PAS3, 13 de 2019-PAS3 e 11–12 de 2025-PAS3); gabaritos conferidos nos arquivos GAB (2008-PAS3 lido na imagem, item 63 = D; 2019-PAS3: 98 C, 99 C, 100 tipo D; 2023-PAS2: 102 = A com opções em μW, e não em W como no texto extraído). As figuras impressas (gráfico de absorção das clorofilas de 2011, esquema da Internet de 2008, quadriculado do tipo D de 2019, fibra óptica de 2023) foram descritas em texto neutro no suporte das questões. O item 2020/17 é reusado pelo GUID criado na página ondas.