Polarização de Ondas

Fenômenos Ondulatórios – Prof. Caio Gomes
Polarização de Ondas
1. polarização de Ondas.
Considere uma onda transversal se
propagando numa corda, na qual as
direções de oscilação são totalmente
aleatórias. Após a passagem da onda
pela fenda, a direção de oscilação passa
a ser a mesma direção da fenda. Dizemos
que a onda foi polarizada.
A luz emitida pelo sol e lâmpadas fluorescentes, por exemplo, possui vários planos de oscilação de
suas ondas eletromagnéticas, ou seja, seus feixes de luz são compostos por várias ondas
eletromagnéticas se propagando de maneira independente. Na figura abaixo observamos apenas
a oscilação dos campos
elétricos
das
ondas
eletromagnéticas.
Ao
atravessar o filtro polarizador,
apenas a componente vertical
dos campos elétricos é
transmitida. O polarizador ao
lado pode ser constituído por
cristal líquido (o mesmo das
telas de lcd), por exemplo.


Uma onda é polarizada quando todos os pontos do meio vibram na
mesma direção.
Apenas as ondas transversais podem ser polarizadas, sejam elas de
natureza mecânica ou eletromagnética.
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2. Polarização por reflexão
Quando luz não polarizada incide em um dióptro,
dependendo do ângulo de incidência e da relação
entre os índices de refração dos meios, a luz refletida
pode ser polarizada parcialmente ou totalmente.
No exemplo ao lado, a luz incidente não é
polarizada, possuindo uma direção de oscilação
paralela a superfície e outra perpendicular a esta. A
luz refletida possui apenas um plano de oscilação
para seus campos elétricos, que é paralelo a
superfície, ou seja, a luz refletida é polarizada.
As fotos foram tiradas sem
e com filtro polarizador.
Na foto da direita, parte da
luz
refletida
pela
superfície
da
água,
polarizada, não passa
pelo filtro.
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Difração de ondas
1. Difração
A figura de número 1 mostra a imagem, de um ponto de vista superior, de um tanque cheio de
água, onde temos frentes de ondas planas, incidindo em um obstáculo com uma fenda. A figura
2 representa, de maneira esquematizada, a mesma situação.
Figura 1
Figura 2
Após passar pelo orifício, a parte da onda que não foi interrompida, muda sua direção de
propagação. Esse fenômeno é chamado de difração.
Difração: propriedade que a onda possui de contornar
obstáculos.
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Ondas difratando numa fenda.
Ondas difratando em um obstáculo
2. Difração através de um orifício
Nos diagramas ao lado, notamos que a difração
se acentua quando a largura da fenda é
diminuída (Casos A e B).
Quando comparamos os casos A e C, a largura
da fenda é a mesma, ao passo que, o
comprimento de onda λ2 é maior que λ1.
Percebemos que a difração é acentuada quando
aumentamos o comprimento de onda.
É possível aumentar a intensidade da difração reduzindo o tamanho da fenda/obstáculo
ou aumentando o comprimento de onda.
3. Difração da Luz
A porção visível do espectro eletromagnético
compreende, de maneira aproximada,
comprimentos de ondas entre 380 x 10−9m e
740 x 10−9 m. Essas dimensões são
desprezíveis quando comparadas aos
tamanhos presentes em nosso cotidiano.
Quando as dimensões do obstáculo são
muito maiores que o comprimento de onda
incidente, não ocorre difração.
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Dessa maneira, a luz não contornaria um obstáculo cúbico de aresta 1 m, por exemplo, e teríamos
uma região que não é iluminada, ou seja, uma região de sombra.
Se o tamanho do obstáculo ou da fenda forem reduzidos o suficiente, ocorrerá a difração:
O fenômeno da difração será mais nítido quando as dimensões, da abertura ou obstáculo,
tiverem mesma ordem de grandeza do comprimento de onda.
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Interferência
1. Princípio da Superposição
Figura 1
Na figura 1, temos dois pulsos
transversais que se propagam em
concordância de fase. Quando os dois
pulsos se encontram, no ponto P, seus
efeitos se superpõem e a amplitude do
pulso resultante será igual à soma
algébrica dos pulsos originais (a = a1 +
a2).
Neste
caso
temos
uma
interferência do tipo construtiva.
Já na figura 2, os pulsos se propagam
em oposição de fase e, no ponto P, a
superposição dos seus efeitos resulta
em um pulso de amplitude a = a1 – a2.
A interferência será parcialmente
destrutiva.
Figura 2
.
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Se os pulsos se propagarem em
oposição de fase, e com mesma
amplitude (a1 = a2), no ponto P ocorrerá
interferência totalmente destrutiva.
Além disso, notamos que a propagação
das
ondas
ocorre
de
forma
independente, pois, após a interferência,
as ondas voltam a se propagar como
antes.
O fenômeno de interferência ocorre
com ondas de mesma natureza
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Ressonância
1. Frequência natural
Para pequenos ângulos, a frequência de oscilação de um pêndulo
é dada pela relação:
𝑓=
1
1 𝑔
√
=
𝑇
2𝜋 𝑙
Podemos dizer que f é a frequência natural de do sistema.
Em um sistema massa-mola, a frequência natural de oscilação é calculada por:
𝑓=
1
1 𝑘
√
=
𝑇
2𝜋 𝑚
Já uma corda vibrante pode ter mais de um modo de vibração. Na figura mostramos os três
primeiros, relacionados às frequências f1 , f2 e f3 .
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2. Ressonância
Suponhamos que uma fonte externa passe a perturbar o pêndulo, com uma frequência igual a sua
frequência natural. Se desprezarmos qualquer perda de energia, a amplitude de oscilação do
pêndulo irá aumentar, pois a fonte está fornecendo a energia ao sistema. Neste caso, o sistema
estará em ressonância com a fonte.
Ocorre ressonância quando a frequência
de oscilações da fonte coincide com a
frequência natural do sistema
Se em balanço de brinquedo, um pai, fonte de perturbações, empurra uma criança com a mesma
frequência natural de oscilação do sistema, o balanço terá sua amplitude aumentada, ou seja, a
criança atingirá alturas cada vez maiores.
No ano de 1940, a ponte de Tacoma Narrows, nos Estados Unidos, entrou em ressonância com os
ventos incidentes. O resultado foi catastrófico:
O vídeo está disponível no endereço: https://www.youtube.com/watch?v=j-zczJXSxnw
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Ainda podemos citar o funcionamento do forno de micro-ondas, no qual as moléculas de água
que compõem o alimento entram em ressonância com a frequência da radiação emitida pelo
aparelho. Dessa maneira, a maior agitação das moléculas de água proporciona aumento da
temperatura do alimento.