24.0: Prelúdio às ondas eletromagnéticas

A beleza de um recife de coral, o brilho quente do sol, a picada das queimaduras solares, o raio-X revelando um osso quebrado e até mesmo a pipoca de microondas — tudo isso é trazido até nós por ondas eletromagnéticas. A lista dos vários tipos de ondas eletromagnéticas, desde ondas de transmissão de rádio até emissões nucleares\(\gamma\) de raios gama (raios), é interessante por si só.

Ainda mais intrigante é que todos esses fenômenos amplamente variados são manifestações diferentes da mesma coisa: ondas eletromagnéticas. (Veja a Figura 2.) O que são ondas eletromagnéticas? Como eles são criados e como viajam? Como podemos entender e organizar suas propriedades amplamente variadas? Qual é a relação deles com os efeitos elétricos e magnéticos? Essas e outras questões serão exploradas.

Figura\(\PageIndex{1}\): Olhos humanos detectam esses peixes alaranjados “dourados marinhos” nadando sobre um recife de coral nas águas azuis do Golfo de Eilat (Mar Vermelho) usando luz visível. (crédito: Daviddarom, Wikimedia Commons)

ALERTA DE EQUÍVOCO: ONDAS SONORAS VS ONDAS DE RÁDIO:

Muitas pessoas confundem ondas sonoras com ondas de rádio, um tipo de onda eletromagnética (EM). No entanto, as ondas sonoras e de rádio são fenômenos completamente diferentes. O som cria variações de pressão (ondas) na matéria, como ar ou água, ou no tímpano. Por outro lado, as ondas de rádio são ondas eletromagnéticas, como luz visível, infravermelho, ultravioleta, raios-X e raios gama. As ondas EM não precisam de um meio para se propagar; elas podem viajar pelo vácuo, como o espaço sideral.

Um rádio funciona porque as ondas sonoras tocadas pelo DJ na estação de rádio são convertidas em ondas eletromagnéticas, depois codificadas e transmitidas na faixa de radiofrequência. O rádio do seu carro recebe as ondas de rádio, decodifica as informações e usa um alto-falante para transformá-las novamente em uma onda sonora, trazendo música doce aos seus ouvidos.

Descobrindo um novo fenômeno

É importante notar desde o início que o fenômeno geral das ondas eletromagnéticas foi previsto pela teoria antes de se perceber que a luz é uma forma de onda eletromagnética. A previsão foi feita por James Clerk Maxwell em meados do século XIX, quando ele formulou uma única teoria combinando todos os efeitos elétricos e magnéticos conhecidos pelos cientistas na época. “Ondas eletromagnéticas” foi o nome que ele deu aos fenômenos que sua teoria previu.

Figura\(\PageIndex{2}\): As ondas eletromagnéticas enviadas e recebidas por esta antena parabólica de radar de 50 pés no Centro Espacial Kennedy, na Flórida, não são visíveis, mas ajudam a rastrear veículos de lançamento descartáveis com imagens de alta definição. O primeiro uso dessa antena de radar de banda C foi para o lançamento do foguete Atlas V, enviando a sonda New Horizons em direção a Plutão. (crédito: NASA)

Essa previsão teórica seguida de verificação experimental é uma indicação do poder da ciência em geral e da física em particular. As conexões subjacentes e a unidade da física permitem que certas grandes mentes resolvam quebra-cabeças sem ter todas as peças. A previsão de ondas eletromagnéticas é um dos exemplos mais espetaculares desse poder. Alguns outros, como a previsão da antimatéria, serão discutidos em módulos posteriores.