propriedade da luz

UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO – UNIVASF
MESTRADO NACIONAL PROFISSIONAL EM ENSINO DA FISICA –MNPEF
PROPRIEDADE DA LUZ
ORIENTADOR: Dr. Militão Vieira Figueredo.
ALUNO: Francisco Frandson Beserra de Alencar.
22 de janeiro de 2014
Breve História da Luz
Na Grécia, os antigos filósofos gregos não faziam
discernimento entre a luz e a visão. Segundo Empédocles
(492-432) na mitologia grega, a deusa da beleza e amor,
Afrodite, tinha colocado fogo, um dos quatro elementos
fundamentais da matéria, dentro dos olhos dos humanos.
Para ele a visão era explicada com uma teoria, intimamente
ligada ao tato. Acreditavam que de dentro dos olhos
projetavam-se raios luminosos que tateavam os objetos e
retornavam aos olhos trazendo consigo informações que,
ao serem interpretadas pelo cérebro, acabavam gerando a
sensação visual. Durante o tempo com o estudo da fisiologia dos olhos, foi possível concluir que a
ideia do “fogo dentro dos olhos” era absurda. Surgiram então duas teorias, uns acreditavam que
todo objeto visível emitia uma torrente constante de partículas luminosas, que eram captadas
pelos olhos. Outros ainda sair dos olhos uma onda vibratória que atingia os objetos e tornava-os
visíveis.
O filósofo grego Aristóteles (384-322 a.C.) adotou a natureza
ondulatória da luz, pois a luz, era uma espécie de fluído imaterial,ao
bater nos objetos, retirava deles uma microscópica camada
superficial de átomos, e retornava aos olhos na forma de ondas,
tornando-os visíveis. Já Platão (427 – 347 a.C.), adotava a escola de
pitagórica, acreditava que todo objeto eram visíveis por emitir
corrente de partículas que eram somadas com o ambiente e eram
captadas pelos olhos. Nessa mesma época Heron de Alexandria (10
- a.C-75) estabeleceu as leis básicas de propagação retilínea da luz
e reflexão. Mas não consolidou a teoria por não saber explicar a
observação do objeto imerso dentro da água, que parecia sofrer
desvio.
Há indícios que outras civilizações conheciam alguns princípios
básicos da Óptica. Os chineses utilizavam espelhos côncavos
como queimadores do cotidiano. O árabe Ibn Al-Haytham (9651039), foi o primeiro a rejeitar o principio grego, através famoso
livro “Livro da Ótica”, de que a luz emanava do olho e introduzir
o conceito de raio de luz, onde é ela que trás a informação
captadas pelos nossos olhos. Segundo sua teoria a luz solar era
constituída de partículas que viajava em linha reta de grande
velocidade, mais finita, que incidia nos objetos e eram refletidos para dentro dos olhos. Além
estudar sobre a reflexão e refração da luz, ele descreveu as cores como sendo independentes
dos objetos, mas presentes na luz.
As descobertas sobre as propriedades da luz foram muito devagar, depois do árabe. Somente em
1621, que Wilbord Snell(1580-1626) descobriu experimentalmente a Lei da Refração, afirmando
que os raios de luz quando penetram em outro meio, sofrem mudança de direção, continuando a
se propagar em linha reta. Outro grande cientista a contribuir para a Lei da Refração da Luz foi
René Descartes (1506-1650), sendo o criador da Geometria Analítica.
René Descartes interessou em estudar a natureza da luz. Ele
afirmou que a luz era uma emissão de caráter corpuscular
vibratória, não material, que exercia pressão sobre outras
partículas. Nisso se equivocou em relação à velocidade da luz
ao dizer que esta aumentaria em meios mais densos do que
menos densos. Nessa mesma época, em 1665 o padre
Francesco Grimaldi (1618-1663) analisou os fenômenos dos
seus experimentos, a Difração, e deduziu a natureza vibratória
da luz. Através dessa concepção ele explicou que a formação
de cores quando a luz atravessa o prisma é decorrente das
alterações de velocidades vibratórias no fluido que está dentro
dos olhos. Sobre os defensores da natureza ondulatória da luz, destaca-se o cientista Christiaan
Huygens que publicou no “Tratado sobre a Luz” em 1690, uma explicação para o fenômeno da
reflexão e refração baseado no conceito de frente de ondas, atualmente conhecido como
Princípio de Huygens. Este princípio diz que na propagação destas ondas, cada partícula do éter
transmite o seu movimento à partícula seguinte, sendo o resultado uma onda em torno da cada
centro da partícula. Entretanto, Huygens não soube responder alguns questionamentos segundo
suas teorias. Como a luz poderia voltar à velocidade anterior depois de atravessar um meio mais
denso ou a cor através do seu modelo ondulatório.
Contrário á teoria ondulatória estava Sir Isaac Newton, propôs um modelo
corpuscular para explicar a natureza da luz. Esse modelo foi baseado em
experimentos com prismas, um estudo sobre a dispersão da luz. Nisso
pode concluir que a luz branca era composta de uma mistura de várias
cores, onde correspondia a uma variedade de partículas, cada tipo
correspondiam a uma cor. Newton também não foi bem sucedido ao
afirmar que a velocidade da luz aumenta quando esta passa de um meio
menos denso para um meio mais denso.
Na comunidade científica, ouve um grande duelo sobre as teorias
da natureza da luz. O modelo de Newton prevaleceu sobre o de Huygens
porque, além de sua explicação para as cores da luz ser bem coerente,
sua fama pesou muito na escolha do melhor modelo. Thomas Young
(1773-1829) realizou experimentos sobre a difração e interferência da
luz. Sendo os resultados contrários a teoria corpuscular de Newton. Por
exemplo, a luz tinha a mesma velocidade mesmo sendo emitida por
corpos diferentes e porque certos corpúsculos eram refletidos e outros
refratados. Young considerou que se a luz fosse ondas, explicaria melhor
os fenômenos de interferência e da dupla fenda, mas ficou a deseja sobre a refração dupla. No
entanto, ficou o desafio ainda a ser explicado sobre a natureza da luz.
No final do século XIX, James ClerK Maxwell (1831-1879), físico teórico, determinou
através de trabalhos dos seus colegas, que a luz comportava-se como uma onda
eletromagnética, e portanto deveriam ocorrer os fenômenos de reflexão, refração, polarização,
difração e interferência. O estudo do eletromagnetismo teve grande influência no
desenvolvimento tecnológico e socioeconômico. Outro físico, Philip Lenard (1826-1947) fez
vários experimentos, na área do eletromagnetismo, e notou que faíscas no transmissor
aumentavam a sensibilidade do detector. Ele chegou as seguintes conclusões; o número de
cargas elétricas emitidas depende da intensidade da luz e frequência, a intensidade da luz não
influi na velocidade das cargas, mas sim sua frequência. Essas afirmações ficam inviáveis para o
comportamento da luz como onda.
Em 1900, dois artigos estremeceram os alicerces do muro da Física
Clássica, escrito por Max Planck (1858-1947) baseado no
eletromagnetismo e na termodinâmica, ousou em propor a hipótese de
que a energia não era continua, mas sim existe em pequenas quantidades
denominadas de “quanta”. Sendo o procedimento era calcular a
quantidade de energia emitida ou absorvida pelos osciladores do corpo
negro. Além de relacionar a interação da radiação com a matéria. Contudo
seu fracasso foi adaptar suas ideias à Física Clássica.
Baseado, nos trabalhos de Planck, que em 1905, Albert Einstein (18791955) propôs a natureza da luz, onda e partícula, calculando
matematicamente a quantidade de energia absolvida ou liberada pelo
elétron. Essa teoria corpuscular e ondulatória é chamada de Efeito
Fotoelétrico, ganhando o Premio Nobel.
Propriedade da Luz
1. Principio da propagação retilínea da luz
2. Principio da reversibilidade dos raios de luz
3. Principio da independência dos raios de luz.
A. Os raios de luz seguem os seguintes princípios ao serem emitidos sobre um objeto:
a) Reflexão; se o objeto for opaco, pode ser especular ou difuso. Especular o ângulo do raio
de incidência é igual ao ângulo do raio refletido. Se for difuso, os raios de luz divergirão em
várias direções.
b) Absorção; em quase todos os casos, principalmente se o objeto for preto aí todos os
comprimentos de ondas serão absolvidos, e transformados em calor. Todos os objetos
opacos, translúcidos ou mesmo transparentes, absorvem ou refletem alguma quantidade
de calor. Quanto mais absorve, mais escuro é o objeto, e quantos mais refletem mais claro.
c) Transmissão; ocorre no meio translúcido ou transparente. Sempre alguma luz é refletida,
por mínimo que seja, ou não seriam visíveis os objetos. Transparentes não ocorrem desvio
dos raios luminosos, ao contrario do translúcido.
Os objetos ao transmitirem ou refletirem a luz solar, só não fazem em quantidades, mas
também em qualidades. Significa que, de acordo com suas propriedades físico-químicas,
refletem ou transmitem determinados comprimentos de ondas, adquirindo cores próprias.
d) Refração; se a luz incidir em ângulo sobre uma superfície transmissora, passando para
outro meio de índice de refração(n) diferente, utiliza-se a fórmula de Snell, seni .nA = sen r.
nB, i e r são os ângulos de incidência e refração.
e) Dispersão; ocorre em todos os casos com exceção do raio laser, pois a luz saída de uma
fonte tende a sempre a se dispersar em todas as direções, o que explica o fenômeno das
sombras não definidas.
f) A luz visível é apenas uma parte do espectro eletromagnético. Isso significa que diversas
outras frequências, como as mais próximas, o infravermelho e o ultravioleta, apesar de não
fazer visíveis, por vezes alteram cor e contraste na imagem. Por isso é recomendável a
utilização de filtros durante filmagens exteriores com a luz solar.
g) A luz, tendo massa, pode alterar qualitativamente uma estrutura qualquer, isso significa
que a luz não é apenas um estado energético, é uma entidade híbrida que combina
matéria e energia, transportando uma informação.
h) Interferência: é o fenômeno que representa a superposição de duas ou mais ondas em
mesmo ponto. Podendo ser classificada em interferência construtiva, quando as ondas
possuem as mesmas fases, e interferência destrutiva não possuem a mesma fase.
i) Difração: Denomina-se difração o desvio sofrido por ondas ao passarem por um obstáculo,
tal como as bordas de uma fenda em um anteparo
j) Efeito Foto Elétrico: é a emissão de elétrons de um material, geralmente metálico, quando
ele é submetido à radiação eletromagnética.
Referencias bibliográficas
www.brasilescola.com
fisica.cdcc.usp.br
www.fisica.net/historia/historia
MUELLER, Conrad & RUDOLPH, Mae. Luz e Visão. In Biblioteca Científica Life, Livraria José Olympio Editora, RJ,
1968
NUSSEZVEIG, H. Moyses. Curso de Física Básica 2; ondas. São Paulo, Edgard Blucher.