Sir Isaac Newton, no século XVII, propôs uma teoria na tentativa de explicar o que é a luz, essa teoria ficou conhecida como “modelo corpuscular da luz”, que foi aceita durante vários anos. Esse modelo dizia que a luz era constituída de partículas pequenas, que são emitidas pela fonte luminosa, e que se propagam em linha reta e com velocidades muito grandes. Ao atingir o olho, essas partículas estimulavam uma determinada região que dava origem à visão.
Newton, utilizando o seu modelo corpuscular, conseguiu explicações satisfatórias para vários fenômenos ópticos que na época já eram conhecidos, tais como a refração e a reflexão da luz, a cor, etc. Ao se estudar a refração, Newton percebeu que a velocidade da luz em um meio material era maior do que no ar. Na época Newton não teve como comprovar isso. Por volta do século XIX, L. Foucault, um cientista francês, realizou experimentos para determinar a velocidade da luz e chegou à conclusão de que a velocidade da luz na água era menor do que no ar. Como a teoria corpuscular entrava em desacordo com a experimentação de Foucault, a comunidade científica acabou com a teoria corpuscular da luz.
Anos mais tarde, alguns cientistas, percebendo a semelhança entre os fenômenos ondulatórios e luminosos, propuseram outro modelo para a luz, que ficou conhecido como modelo ondulatório, ou seja, tiveram a ideia de que a luz fosse um fenômeno ondulatório. Essa teoria foi aceita durante vários anos, porém ainda não se sabia a afirmação exata do que vinha a ser a luz.
Anos depois, Maxwell, físico escocês que teve grande importância no estudo da eletricidade e do magnetismo, durante a realização de experimentos para calcular a velocidade de propagação de uma onda eletromagnética encontrou um resultado igual ao da velocidade da luz, dado esse que já havia sido descoberto. Isso levou Maxwell a propor a ideia de que a luz é uma onda eletromagnética. Mais tarde, experiências comprovaram a ideia de Maxwell, fatos que levaram a unificação da óptica com a eletricidade.
Por Marco Aurélio da Silva
Equipe Brasil Escola
Óptica - Física - Brasil Escol
A refração da luz faz com que uma piscina pareça ser rasa.
Vamos iniciar nosso estudo enunciando a seguinte experiência: ao nos colocarmos do lado de fora de uma piscina cheia de água e olhar em direção ao fundo dela vamos perceber que seu fundo parece estar em altura diferente. Essa diferença acontece por causa do fenômeno óptico de refração da luz.
A refração é o fenômeno que ocorre com a luz quando ela passar de um meio homogêneo e transparente para outro meio também homogêneo e transparente, porém diferente do primeiro. Nessa mudança de meio, podem ocorrer mudanças na velocidade de propagação e na direção de propagação.
Meio homogêneo: é o meio no qual todos os pontos apresentam as mesmas propriedades físicas, como a densidade, pressão e temperatura.
Meio transparente: é o meio através do qual podemos visualizar nitidamente os objetos.
Meio isotrópico: é o meio no qual a velocidade da luz é a mesma em qualquer que seja sua direção de propagação.
Índice de refração absoluto
O fato de a velocidade de propagação da luz depender do meio possibilita caracterizá-lo opticamente. Isso é entendido com uma propriedade óptica do meio e recebe o nome de índice de refração absoluto. Seu valor é dado pela seguinte relação:
Onde:
c – velocidade da luz no vácuo (c = 3 . 108 m/s = 3 . 105 km/s)
v – velocidade da luz no meio considerado (m/s no SI)
n – índice de refração absoluto do meio (adimensional, ou seja, não possui unidade de medida)
No vácuo a luz não encontra dificuldade para se propagar. Portanto o índice de refração absoluto do vácuo é sempre 1.
No ar a dificuldade da luz para se propagar é baixa. Assim para resolvermos exercícios podemos considerar o índice de refração também igual a 1.
Nos demais meios a luz tem dificuldade considerável para se propagar por isso o índice de refração da luz nesses casos é maior que 1.
Uma observação entre dois meios considerados é que aquele que apresentar maior índice de refração será dito mais refringente e o que apresentar menor índice de refração será o menos refringente.
Outra observação importante deve ser feita quando a luz, propagando-se num meio, passa para outro e muda de direção aproximando-se da reta normal (N). Nessa situação sua velocidade de propagação é menor no segundo meio.
Se a passagem da luz ocorre no sentido inverso, com velocidade de propagação maior no segundo meio, a luz afasta-se da reta normal (N). Veja as figuras abaixo:
Aproxima-se da normal – V1 > V2
Afasta-se da normal – V1 < V2
Por Domiciano Marques
Graduado em Física
Equipe Brasil Escola
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A Dispersão da Luz Branca
Decomposição da luz no prisma
A dispersão é um fenômeno óptico que consiste na separação da luz branca, ou seja, separação da luz solar em várias cores, cada qual com uma frequência diferente. Esse fenômeno pode ser observado em um prisma de vidro, por exemplo. O célebre físico e matemático, Isaac Newton, observou esse fenômeno e no ano de 1672 publicou um trabalho, no qual apresentava suas ideias sobre a natureza das cores. A interpretação sobre a dispersão da luz e a natureza das cores, dada por Isaac Newton, é aceita até hoje, fato esse que não ocorreu com o modelo corpuscular da luz elaborado por esse mesmo cientista.
Esse fenômeno ocorre em razão da dependência da velocidade da onda com a sua frequência. Quando a luz se propaga e muda de um meio para outro de desigual densidade, as ondas de diferentes frequências tomam diversos ângulos na refração, assim sendo, surgem várias cores. Newton não foi o primeiro a perceber esse acontecimento. Muito antes dele já se tinha o conhecimento que a luz branca, ao atravessar um prisma com densidade diferente a do ar, originava feixes coloridos de maior ou menor intensidade. Antes de Newton, acreditava-se que a luz, oriunda do Sol, era pura e que o surgimento das cores ocorria em razão das impurezas que o feixe de luz recebia ao atravessar o vidro.
Isaac Newton trabalhou no polimento de peças de vidro e obteve um prisma retangular com o qual realizou um experimento que ele já tinha conhecimento. Newton descreveu seu procedimento experimental da seguinte forma: “...tendo escurecido o meu quarto, fiz um pequeno orifício na janela, de modo a deixar penetrar uma pequena quantidade conveniente de luz solar. Coloquei o prisma em frente ao orifício, de maneira que a luz, ao se refratar, indicasse na parede oposta. Foi um agradável divertimento observar as intensas e vivas cores ali projetadas...”. Dessa forma esse cientista utilizou, pela primeira vez, o vocábulo spectrum para fazer referência ao conjunto de cores que tinham se formado.
Newton não concordava com a ideia de que a luz era pura e que a cores se formavam em virtude de impurezas que eram acrescentadas a ela. Crendo que essa ideia era falsa, ele realizou outro experimento para mostrar que esse pensamento estava incorreto. O que ele fez foi fazer com que apenas uma das cores passasse através de um segundo prisma, também de vidro. Feito isso, percebeu que o feixe luminoso não sofria nenhuma alteração e, dessa forma, constatou que um prisma não acrescentava nada ao feixe luminoso que passa através dele. Mas ainda faltava uma explicação concreta para esse fenômeno. Assim ele lançou a hipótese de que a luz não era pura, mas sim formada pela superposição ou mistura de todas as cores do espectro. E ao passar por um prisma de vidro sofria o fenômeno da difração, que é a decomposição da luz branca em várias cores. Ainda hoje essas ideias de Newton são aceitas e amplamente apresentadas.
Por Marco Aurélio da Silva
Equipe Brasil Escola
Óptica - Física - Brasil Escola
A Natureza Dual da Luz
A luz possui comportamento dual: ora se comporta como onda, ora se comporta como partícula.
Algumas teorias foram apresentadas no mundo científico tentando explicar o comportamento da luz; dentre elas a do físico inglês Isaac Newton (1643 – 1727), que em sua proposta considerava a luz como um feixe de partículas (modelo corpuscular); essa teoria tornou-se restrita por não conseguir explicar alguns fenômenos.
Isaac Newton, físico inglês que propôs um dos modelos corpuscular para a luz
James Clerk Maxell (1831 – 1879) apresentou uma teoria detalhada da luz como um efeito eletromagnético (modelo ondulatório), explicando uma gama de fenômenos, contudo, esse modelo tornou-se parcial em algumas circunstâncias, como no efeito fotoelétrico, por não conseguir explicar a emissão instantânea de elétrons de uma placa de metal em razão da interação de ondas eltromagnéticas com a mesma (a emissão deveria ocorrer após um determinado intervalo de tempo, segundo as previsões).
James Clerk Maxell, físico e matemático britânico que apresentou
a teoria eletromagnética para a luz (modelo ondulatório)
Albert Einstein (1879 – 1955) explicou o efeito fotoelétrico teorizando que as ondas eletromagnéticas (modelo ondulatório) que interagiam com a placa de metal só fariam com que os elétrons fossem ejetados instantâneamente se elas se comportassem como partículas (modelo corpuscular).
Físico alemão, Albert Einstein, através do efeito fotoelétrico,
demonstrou que luz também se comporta como partícula
Essa intercalação de ideias entre ondas e partículas com relação à luz é aceita na comunidade científica como a Natureza Dual da Luz; pois em determinados fenômenos (interferência, refração, difração...) a teoria eletromagnética consegue explicar e a teoria corpuscular está associada aos fenômenos de absorção e emissão de energia.
No ano de 1924, o físico francês Louis De Broglie (1892 – 1897), utilizando da ideia de que na natureza existe simetria, trabalhou a hipótese da partícula se comportar como onda, através da expressão matemática (ver figura 1) ele relacionou o comprimento de onda de uma partícula à quantidade de movimento da mesma.
As aplicações das três últimas teorias citadas podem ser vistas respectivamente em: estudo de microestruturas através da difração da luz (comportamento ondulatório), as portas automáticas (figura 3) de shoppings centers têm seu princípio de funcionamento baseado no efeito fotoelétrico (modelo corpuscular) e o microscópio eletrônico que utiliza feixe de elétrons e não a luz (partícula-onda).
Estruturas analisadas através da difração de raios x
Porta automática que tem como princípio de funcionamento o efeito fotoelétrico
A simetria entre onda-partícula e partícula-onda existe, e as aplicações desses conhecimentos científicos estão cada vez mais presentes em nosso cotidiano.
Por Frederico Borges de Almeida
Graduado em Física
Equipe Brasil Escola
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