Óptica Eletromagnética

Fonte: http://www.guia.heu.nom.br/images/ondaEletroMagnetica.jpg (25/09)

As ondas eletromagnéticas são uma combinação de um campo elétrico e de um campo magnético que se propagam simultaneamente através do espaço transportando energia. A luz visível cobre apenas uma pequena parte do espectro de radiação eletromagnética possível.

A radiação eletromagnética são ondas que se auto-propagam pelo espaço, algumas das quais são percebidas pelo olho humano como luz. A radiação eletromagnética compõe-se de um campo elétrico e um magnético, que oscilam perpendicularmente um ao outro e à direção da propagação de energia.

As ondas electromagnéticas primeiramente foram “vistas” por James Clerk Maxwell e depois confirmadas por Heinrich Hertz. Maxwell notou as ondas a partir equações de eletricidade e magnetismo, revelando sua natureza e sua simetria. Faraday mostrou que um campo magnético variável no tempo gera um campo eléctrico, Maxwell mostrou que um campo eléctrico variável com o tempo gera um campo magnético, com isso há uma auto-sustentação entre os campos eléctricos e magnéticos. Em seu trabalho de 1862 Maxwell escreveu: "A velocidade das ondas transversais em nosso meio hipotético, calculada a partir dos experimentos electromagnéticos dos Srs. Kohrausch e Weber, concorda tão exactamente com a velocidade da luz, calculada pelos experimentos óticos do Sr. Fizeau, que é difícil evitar a interferência de que a luz consiste nas ondulações transversais do mesmo meio que é a causa dos fenómenos eléctricos e magnéticos". Ou seja, a luz é uma onda electromagnética.

Sendo a luz uma oscilação, ela não é afectada pela estática eléctrica ou campos magnéticos de uma outra onda electromagnética no vácuo. A luz se dispersa em um espectro visível porque a luz é reflectida por um prisma por causa da refração. Um importante aspecto da natureza da luz é a frequência. A frequência de uma onda é sua taxa de oscilação e é medida em hertz, a unidade SI (Sistema Internacional) de frequência, onde um hertz é igual a uma oscilação por segundo.

Espectro Eletromagnético é classificado normalmente pelo comprimento da onda, como as ondas de rádio, as microondas, a radiação infravermelha, a luz visível, os raios ultravioleta, os raios X, até a radiação gama. O comportamento da onda eletromagnética depende do seu comprimento de onda. Freqüências altas são curtas, e freqüências baixas são longas. Quando uma onda interage com uma única partícula ou molécula, seu comportamento depende da quantidade de fótons por ela carregada.

Fonte: http://200.156.70.12/sme/cursos/EQU/EQ20/modulo1/aula0/intro/img/luz01.jpg (25/09)

Óptica ondulatória versus corpuscular

Na segunda metade do século XVII, descobertas interessantes foram realizadas e novos conceitos foram introduzidos. O fenômeno de difração foi descobert, através da observação de bandas de luz na sombra de um bastão iluminado por uma pequena fonte.Em seguida, Robert Hooke (1635-1703) refez os experimentos de Grimaldi sobre difração e observou padrões coloridos de interferência em filmes finos. Ele concluiu, corretamente, que o fenômeno observado devia-se à interação entre a luz refletida nas duas superfícies do filme, e propôs que a luz originava-se de um movimento ondulatório rápido no meio, propagando-se a uma velocidade muito grande. Surgiam assim, as primeiras idéias da teoria ondulatória, ligadas às observações de difração e interferência, que eram conhecidas no caso das ondas sobre uma superfície de águas calmas.A interpretação ondulatória da natureza da luz explica certos fenômenos, como por exemplo, a interferência e a difração dos raios de luz.
Isaac Newton (1642-1727) introduziu a teoria corpuscular que afirmava que "a luz é composta de corpos muito pequenos, emitidos por substâncias brilhantes". Esta sua afirmação foi certamente baseada no fato de que raios de luz se propagam em linhas retas num meio homogêneo e daí a analogia com o movimento retilíneo que uma partícula descreve quando não existe força agindo sobre ela. Esta teoria corpuscular explicava, por exemplo, a formação de sombras, de imagens geradas por uma lente, etc.. Nesta época Newton aceitava as duas teorias, tanto a corpuscular como a ondulatória. A dispersão de luz por um prisma era explicada por ele como sendo devida à excitação de ondas no meio, por corpúsculos de luz; cada cor correspondia a um modo normal de vibração, sendo que a sensação de vermelho correspondia às vibrações mais longas, enquanto que o violeta, às mais curtas.
Independente da natureza corpuscular ou ondulatória da luz, um dado importante a ser obtido era sua velocidade de propagação. Muitos acreditavam que ela se propagava instantaneamente, com velocidade infinita. Porém, em 1676, Dane Ole Christensen Römer (1644-1710) sugeriu a medida da velocidade da luz pela verificação do intervalo entre eclipses da lua Io, de Júpiter, que se move praticamente no mesmo plano que este planeta se move em torno do Sol. A realização destas medidas demonstrou que embora muito grande, a velocidade da luz é finita.
Ao final do século XVII, ambas teorias (corpuscular e ondulatória) eram aceitas. Durante o século XVIII acabou prevalecendo a teoria corpuscular, principalmente devido ao grande peso científico de Newton, que havia optado por esta. Não houve grandes avanços da óptica naquele século, exceto pela construção do dubleto acromático em 1758, por John Dollond (1706-1761).

Óptica Geométrica

1. A propagação retilínea da luz


Uma característica importante da luz é que ao se propagar no vácuo ele o faz em linha reta. Podemos, assim, enunciar o Princípio da Propagação Retilínea da Luz:
A luz se propaga em linha reta nos meios homogeneos como o vácuo. Assim, a luz incidente sobre uma lente, apesar de seguir direções diferentes, como na figura abaixo, em cada direção e em cada meio se propaga em linha reta.
A razão para a propagação retilínea é que como a luz é composta por fótons, a tendência dessas partículas ao se moverem no vácuo, sem colisões, tendem a se manterem num movimento retilíneo e uniforme. Sabemos, da mecânica, que se sobre uma partícula não atuarem forças, a sua tendência é a de se manter com velocidade constante em uma trajetória retilínea. No vácuo ou em meios rarefeitos como o ar, ou até mesmo na água, a tendência da luz é se propagar em linha reta.




Princípio da reversibilidade de raios luminosos




Considere que um raio faz o percurso ABC tanto no fenômeno da reflexão (fig. 1.9a) como na refração (fig.1.9b). Se o raio de luz fizer o percurso no sentido contrário CBA, a trajetória do raio será a mesma.






Fig.1.9 Reversibilidade dos raios luminosos

(a) Reflexão

(b) Refração


Créditos: http://educar.sc.usp.br/otica/luz.htm#propagacao

Introdução

A Óptica aborda, em geral, o estudo dos efeitos luminosos: o comportamento da luz, a reflexão da luz, refração, dentre outros. Serão conceituados brevemente termos e teorias sobre o assunto mas o foco principal será a aplicação da óptica no nosso cotidiano e na nossa forma de perceber as coisas ao nosso redor.
Podemos dividir os temas dentro de 4 abordagens:

Óptica Geométrica: Trata a luz como um conjunto de raios. Utiliza-se no estudo da transmissão da luz por meio de lentes e espelhos, é responsável pelo estudo também da reflexão e da refração.

Óptica Ondulatória: Considera a luz como uma onda plana, tendo em conta sua freqüência e longitude de onda. Utiliza-se para entender os fenômenos da difração e interferência.

Óptica Eletromagnética: Considera a luz como uma onda eletromagnética, explicando assim os fenômenos de polarização e anisotrópicos.

Óptica quântica: Estudo quântico da interação entre as ondas eletromagnéticas e a matéria.

A partir das próximas postagens (as quais serão feitas semanalmente) serão mostradas as aplicações de cada área de estudo dentro da Óptica e a fundamentação teórica na qual elas se baseiam.





Créditos: http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%93ptica - http://www.scribd.com/doc/4077579/Fisica-Optica-Aplicacoes-I.