Dispersão | Fenómenos Óticos

Dispersão da luz

Se um feixe de luz branca atravessar um prisma de vidro, separa-se nas sete cores do arco-íris. Vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo e violeta foram as sete cores que Newton enumerou pela primeira vez. São as cores que compõem a luz branca.

Uma luz monocromática, a qual já falamos no post Laser, é aquela que é composta por uma única cor, com uma única frequência. 

A luz policromática é composta por uma mistura de cores com várias frequências. Desta forma, cada frequência é refratada segundo um ângulo diferente, A radiação de cada frequência segue um percurso diferente e as sete cores aparecem separadas.

Segundo Newton, o ângulo de refração é tanto maior quanto maior for a frequência da luz. É por causa da dispersão da luz que, por exemplo, se forma o arco-íris no céu. Numa forma muito simplificada, basta substituir o prisma do nosso cartaz por uma gota de água... e imaginar!

Curiosidade

O céu é azul devido à dispersão da luz do Sol pela atmosfera que faz com que, de todas as direções, nos chegue luz azulada. As dimensões reduzidas das moléculas do ar fazem com que os comprimentos de onda menores, como o azul e violeta, sofram maiores desvios quando a luz branca do Sol incide sobre elas. Por isso, a cor mais «espalhada» é o azul, predominando sobre as outras e dando ao céu a sua cor característica.

Fotografia da nossa autoria. Praia de Lavadores, Vila Nova de Gaia.

Ao amanhecer e ao anoitecer, devido à posição do Sol, a luz chega-nos mais inclinada e tem de atravessar uma distância maior ao longo da atmosfera, conforme vimos no artigo anterior. Isso faz com que o azul seja mais absorvido e a luz que atinge os nossos olhos passe a ter um tom mais avermelhado.

Refração | Fenómenos Óticos

Refração da luz

Quando a luz passa de um meio transparente para outro, a direção dos raios de luz muda. Ocorre refração.

Consoante a velocidade da luz, que depende do meio por onde a luz se propaga, a alteração de direção dos raios de luz pode ser mais acentuada. A velocidade da luz é maior no ar do que na água ou no vidro, por exemplo.

À semelhança da reflexão, existem também leis da refração.

• Quando a luz passa de um meio com velocidade maior para um meio com velocidade menor, os raios de luz aproximam-se da direção normal (N). 
• Por sua vez, quando a luz passa de um meio com velocidade menor para um meio com velocidade maior, os raios de luz afastam-se da direção normal (N). 

A refração nunca acontece isoladamente. De facto, quando o raio incidente bate na superfície que separa os dois meios, parte dele é refletida e outra parte é absorvida. Desta forma, a intensidade das ondas de luz refratadas é sempre inferior à intensidade das ondas incidentes.

Curiosidade

Durante o pôr do Sol, a luz que o Sol emite atravessa várias camadas diferentes da atmosfera e sofre refrações. A luz que nos chega da parte de baixo do Sol é menos desviada do que a luz que vem da parte de cima. É por isso que o Sol aparece achatado quando está muito perto do horizonte. Na verdade, o Sol já está abaixo do horizonte, mas ainda o vemos porque a sua luz é encurvada, tal como Einstein já previra na sua teoria da relatividade geral, e que foi comprovado, na realidade, no eclipse solar de 29 de maio de 1919.


Vídeo retirado deste artigo da Wikipédia.

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Espelhos | Fenómenos Óticos

Sendo superfícies lisas, polidas e boas refletoras da luz, os espelhos podem ser de dois tipos: planos ou curvos. Abordaremos rapidamente os primeiros, para justificar uma experiência.

Espelhos planos

As imagens dos espelhos planos constroem-se usando as leis da reflexão, descritas no artigo anterior. 

São virtuais, porque não podem ser projetadas num alvo.

São direitas, porque não aparecem invertidas (de cabeça para baixo).

São simétricas, porque a esquerda e a direita estão trocadas.

Têm o mesmo tamanho do objeto.

Dessa forma, invertemos a escrita da mnemónica OBAFGKM (desenvolvida no artigo Impressão Digital das Estrelas) para que se possa comprovar esta situação de forma experimental, com a mais valia das cores do nosso poster coincidirem com a classe espetral das estrelas.

O esquema pretende apenas demonstrar o efeito, pelo que não cumpre com certas regras, nomeadamente no tamanho dos objetos (real e virtual).

Reflexão | Fenómenos Óticos

REFLEXÃO DA LUZ

Quando um raio de luz bate numa superfície e parte dele «volta para trás», dizemos que foi refletido.

Chama-se normal à linha N, que é perpendicular à superfície no ponto onde o raio incide.

Chama-se ângulo incidente ao ângulo que o raio incidente faz com a normal (A).

Chama-se ângulo refletido ao ângulo que o raio refletido faz com a normal (B).

Leis da reflexão

O ângulo que o raio faz com a normal, quando bate na superfície, é igual ao ângulo que ele faz com a normal ao ser refletido.

A linha normal, o raio incidente e o raio refletido estão todos no mesmo plano.

A reflexão nunca acontece isoladamente. De facto, quando o raio incidente bate na superfície que separa os dois meios, parte dele é absorvida e outra parte poderá sofrer refração. Desta forma, a intensidade das ondas de luz refletidas é sempre inferior à intensidade das ondas incidentes.

A reflexão da luz está representada no cartaz.

Nota: Os tópicos abordados referem-se à reflexão especular, que ocorre em superfícies muito lisas. Também acontece reflexão em superfícies irregulares (reflexão difusa), ocorrendo, porém, dispersão de luz.Verifica-se ainda o fenómeno de reflexão total na fibra ótica, abordada em Ligando o Mundo.

LED | Light Emitting Diode (Díodo emissor de luz)

O Díodo emissor de luz, que é mais conhecido pela sigla inglesa 'LED', tem sido revolucionário na iluminação. As suas aplicações são vastas, tais como microeletrónica, sinalização, ecrãs/painéis; e ainda como invento associado ao prémio nobel deste ano. http://goo.gl/DJODJj

O LED é um díodo semicondutor que quando recebe energia elétrica emite luz visível (eletroluminescência). A luz emitida não é monocrómatica mas a sua cor depende do cristal e principalmente da impureza que lhe é colocada. 

O LED vermelho, de alta eficiência, foi produzido em 1962 e na sua constituição existe o composto GaAsP, ou seja, é constituído por um cristal de Arsenieto de Gálio (GaAs) com dopagem de Fósforo (P).

O LED verde, de alta eficiência, foi produzido em 1972 e na sua constituição existe o composto AlGaP, ou seja, é constituído por um cristal de Fosfato de Gálio com Alumínio.

O LED azul, de banda larga, foi produzido em 1994 e na sua constituição existe o composto InGaN, ou seja, é constituído por um cristal de Nitreto de Gálio (GaN) com dopagem de Índio (I).

O site da Wikipédia  apresenta-nos uma página elaboradíssima sobre este tema, cuja leitura recomendamos: http://goo.gl/GIFNh2

Ligando o Mundo | Fibra Ótica

Conforme se pode observar nesta representação de fibra ótica, em baixo do título: "TECNOLOGIAS BASEADAS NA LUZ", iremos abordar esta tecnologia e a sua ligação com o Mundo.

Redes sociais, ligações telefónicas de baixo custo, videochamadas com a família e amigos. Três de muitos exemplos representantes da internet, derivada da luz e potenciadora da comunicação entre as pessoas e o resto do mundo. A velocidade da internet tem aumentado ao longo da história, substancialmente com a descoberta da fibra ótica. Então, e o que é?

A fibra ótica é um fio transparente e muito fino, com um diâmetro aproximado a 0,5 mm, semelhante a um fio de cabelo, que veio substituir os cabos metálicos. Este possui estrutura cilíndrica e é dividido em duas partes: núcleo e revestimento, onde o núcleo é a região central e o revestimento é a região que envolve o núcleo no seu exterior.

O índice de refração do material do núcleo é mais refringente (provoca maior desvio da luz) do que o do revestimento, de tal modo que um raio que penetra por uma extremidade, com um ângulo superior a ao ângulo crítico, desloca-se pelo núcleo da fibra sofrendo reflexões totais nas paredes, até chegar à outra extremidade.

Os cabos de fibra ótica são vantajosos em relação aos cabos metálicos:

• Matéria-prima abundante;
• Maior capacidade de transmissão de informações;
• Não sofre interferências de ondas eletromagnéticas;
• Como os fios são feitos de polímeros, eles não corroem e não oxidam como os fios metálicos;
• Pequeno tamanho e peso.

O site oficial do Ano Internacional da Luz publicou um artigo dedicado à importância desta ligação entre a luz e a comunicação! Basta entrar pelo seguinte link: http://goo.gl/80y0wn

Impressão Digital das Estrelas

As temperaturas das estrelas podem ser classificadas usando-se a lei do deslocamento de Wien, que se encontra na secção de fórmulas que relacionam a luz e a matéria. A grande diversidade de espetros estelares observados deu origem à classificação das estrelas em sete classes espetrais:

OBAFGKM
Oh, Be A Fine Girl, Kiss Me!

Por outro lado, cada classe é dividida em 10 subclasses designadas por tipos espetrais: B2; B5; A0; A5, por exemplo. Por curiosidade, o sol é uma estrela que está contemplada na classe G2.

Daltonismo - Passado e Futuro

No nosso cartaz, no local correspondente ao foco do LED azul, decidimos abordar a doença do daltonismo que está diretamente relacionada com a cor e, por conseguinte, com a luz.

A incapacidade de distinguir as cores tem a designação médica de discromatopsia. Esta alteração da visão é conhecida normalmente por daltonismo.

Esta designação representa uma homenagem ao químico John Dalton que a descreveu pela primeira vez. Este cientista, que viveu no Século XVIII, era um químico prestigiado que fez variadíssimas descobertas e que, sendo portador deste defeito visual, o descreveu na perfeição.

São três as cores principais: azul, verde e vermelho. Por um lado a junção destas três cores dá o branco, e por outro lado todas as outras cores ou tonalidades são o somatório destas três cores.

Daqui se compreende que um erro ou defeito num tipo celular referente a uma destas três cores, resulta num defeito específico dessa cor, mas também terá consequências na composição de todas as outras cores compostas e onde a cor em falta não pode colaborar.

Como tal, fizemos também referência ao ColorAdd que é um projeto nacional e visa representar todas as cores recorrendo apenas a símbolos.

Decidimos também juntar dois avanços tecnológicos importantes no campo das tecnologias relacionadas com a cor, fazendo uma ponte entre o passado e o futuro, com a criação uma versão renovada do Disco do Newton baseada no ColorAdd.

Relação Luz Matéria - Fórmulas

Na foco proveniente do LED verde é possível encontrar um conjunto de fórmulas que estabelecem diversas relações entre a luz e a energia.

Primeiramente, temos a fórmula da lei do deslocamento de Wien que relaciona o comprimento de onda (onde se situa a máxima emissão de radiação eletromagnética de corpo negro) e a temperatura.

Em segundo lugar, é possível encontrar a lei de Stefan-Boltzmann que permite calcular a intensidade luminosa que um determinado corpo.

Posteriormente, verifica-se a presença da relação de Planck que é utilizada para a quantificação da energia eletromagnética.

Finalmente, encontra-se a famosa lei da equivalência massa-energia, de Einstein, que relaciona a energia de um corpo com a sua massa e a velocidade da luz no vácuo.

Desta forma, neste local do cartaz possuímos variadíssimas fórmulas que estabelecem relações entre a luz (energia) e a matéria.

Tecnologias Baseadas Na Luz - Laser

No nosso cartaz, no local correspondente ao foco do LED vermelho, foi utilizado o Laser como ilustração de uma tecnologia baseada na luz e de extrema importância no dia a dia.

Existem, predominantemente, 4 tipos de lasers possuindo, cada um, diferentes caraterísticas e utilidades, sendo eles os seguintes:

Laser tipo 1 - Utilização na leitura ótica (código de barras), ou em CD's;
Laser tipo 2 - Utilização em DVD's;
Laser tipo 3 - Utilização em tecnologia médica (LASIK);
Laser tipo 4 - Utilização militar (Armas Laser).

O Laser desempenha um papel fundamental na utilidade e apresenta caraterísticas muito especiais como o facto de ser monocromático, isto é, de ter um comprimento de onda muito bem definido, e de ser colimado, que significa uma propagação paralela dos feixes luminosos. O processo de colimação está representado no cartaz ao longo do colimador, que está junto ao prisma.