NAVEGAÇÃO


  A Luz e Sua Natureza : Propriedades

  Ótica Geométrica

  Interferência

  Difração


   

ÓTICA

Introdução.

A luz é uma onda eletromagnética ( OEM ), cujo comprimento de onda está na faixa do visível, entre 4000 Å ( Violeta ) e 7000 Å ( Vermelho ). Ondas de rádio ( grandes comprimentos de onda ), microondas, radiação infravermelha, radiação ultravioleta, raios-X e raios gama ( menores comprimentos de onda ), são outros exemplos de OEM.

Sendo uma OEM, transporta energia e quantidade de movimento, através do vetor de Poynting, na direção de propagação, representado por S. Na OEM os campos elétrico e magnético, são perpendiculares entre si, cada um deles executando uma propagação ondulatória.


Referência : http://images.google.com.br.

Representamos a OEM por :

E = E0sen(kx - wt)

onde os símbolos têm a sua significação usual.

A luz tem uma natureza dual. Em alguns casos ela se comporta com partícula, e em outros casos se comporta como onda. Para análise do efeito fotoelétrico, ela é considerada com natureza de partícula. Neste fenômeno, elétrons são ejetados de um metal, após incidir sobre o mesmo luz ultravioleta. Já no caso da difração, a luz é considerado um fenômeno ondulatório.

Newton, foi um dos primeiros a descrever a luz como constituída de partículas. Os fenômenos óticos de reflexão e difração foram explicados por ele considerando a luz como partícula. Suas hipóteses de trabalho falham quando considera a velocidade da luz maior, ao atravessar a água ou o vidro, do que aquela com que atravessaria o ar. Newton rejeitava a propagação ondulatória da luz em vista do fato da propagação aparentemente retilínea da luz. No seu tempo, ainda não se sabia da difração da luz em torno de pequenos obstáculos.

A teoria ondulatória da luz é defendida por Christian Huygens e Robert Hooke. Hyugens usando a sua teoria de propagação ondulatória explica a reflexão e, ao explicar a refração admite que a luz se propaga mais lentamente na água e no vidro, do que no ar.

A aceitação da luz como fenômeno ondulatório é estabelecida por Fresnel através de experiências de difração e interferência, formulando a base matemática da teoria ondulatória. Ele mostrou que a aparente propagação retilínea da luz se deve ao comprimento de onda, muito pequeno na faixa do visível.

Em 1850, Foucault, mede a velocidade da luz na água, mostrando que é menor do que a velocidade da luz no vácuo; e deste modo refuta a teoria corpuscular da luz.

Em 1860, Maxwell, publicando a teoria eletromagnética, mostra que é previsto a existência de ondas eletromagnéticas cuja velocidade seja da ordem de 3x108 m/s, igual à velocidade da luz. Hertz, em l887, usando circuitos eletromagnéticos, comprova a teoria de Maxwell. Hertz, também descobre o efeito foto-elétrico, voltando a luz, a ter uma teoria corpuscular.

As partículas de luz são os fótons, cuja energia está relacionada à frequeëncia f da onda de luz, pela equação de Einstein :

E = hf

onde h é a famosa constante de Planck. A compreensão da natureza dual da luz, vem a acontecer em 1920 quando Davidsson, Germer e Thompson, mostraram que os elétrons e outras partículas também têm uma natureza dual, considerando-se experimentos de interferência e difração.

O desenvolvimento da teoria quântica no século passado, conduziu ao entendimento da emissão e absorção de luz pela matéria, o que se dá através dos elétrons mais externos dos átomos. Estas energias são quantizadas e não contínuas, o que leva ao fóton emitido ou absorvido pela matéria ter energia discreta, com um conjunto de frequências e comprimentos de onda característicos. A luz emitida ou absorvida pela matéria, observada através de um espectroscópio, aparece como um conjunto discreto de raias de diferentes cores ou comprimentos de onda, com espaçamento e intensidade característico de cada material.

Desde a segunda metade do século XX, o desenvolvimento tecnológico tem favorecido aplicações no domínio da Ótica. As fibras óticas tem substituído os fios condutores metálicos no transporte de informação. O laser, criado em 1960, conduziu à descoberta de vários fenômenos óticos desconhecidos, e a holografia descoberta desde 1940 é utilizada no armazenamento de dados.



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