Dispersion | Optical phenomena

Light dispersion

If a beam of white light through a glass prism separates the rainbow of seven colors. Red, orange, yellow, green, blue, indigo and violet are the seven colors that Newton listed first. Are the colors that make up white light.

A monochromatic light, which we have spoken in the Laser post is one that consists of a single color, with a single frequency.

The polychromatic light consists of a mixture of colors with different frequencies. Thus, each frequency is refracted at a different angle, each frequency radiation follows a different route and seven colors appear separated.

According to Newton, the angle of refraction is greater the higher the frequency of the light. It is because of the dispersion of light, for example, form the rainbow in the sky. In a very simplified way, just replace the prism of our poster for a drop of water ... and imagine!

Curiosity
The sky is blue due to scattering of sunlight by the atmosphere which causes, from all directions, comes in bluish light. The reduced dimensions of the air molecules cause the shorter wavelengths, such as blue and violet, suffer major deviations white when sunlight shines on them. Therefore, the more "spread" color is blue, prevailing over the other and giving the sky its characteristic color.

Photograph of our own. Lavadores Beach, Vila Nova de Gaia.

At dawn and dusk because of the position of the sun, the light reaches us more inclined and must traverse a greater distance through the atmosphere, as we saw in the previous article. This causes the blue is more absorbed and the light that reaches our eyes pass to have a more reddish hue.

Refraction | Optical phenomena

When light passes from one transparent medium to another, the direction of light rays changes. Refraction occurs.
Depending on the speed of light, which depends on the medium through which light propagates, the change direction of the light rays can be more pronounced. The speed of light is higher in air than in water or glass, for example.
Like the reflection, there are also laws of refraction.

When light passes from a medium with greater speed to a medium with lower speed, the light rays are
close to the normal direction (N).
In turn, when light passes from a medium with a medium-low speed for higher speed, the light rays deviate from the normal direction (N).
Refraction never happens in isolation. In fact, when the incident ray hits the surface that separates the two media, part of it is reflected and some is absorbed. Thus, the intensity of refracted light waves is always lower than the intensity of the incident waves.


Curiosity
During sunset, the sun emits light that passes through a number of different layers of the atmosphere
and suffers refractions. The light arriving at the bottom of Sol is less than the deflected light from the top. That's why the sun appears flat when it's too close to the horizon. In fact, the sun is already below the horizon, but still see it because their light is bent as Einstein has predicted in his theory of general relativity, and that was proven in reality, the solar eclipse of May 29, 1919.


Video taken from this Wikipedia article.

• WebM 720P
• WebM 480P
• Ogg 480P
• Fonte Ogg
• Ogg 160P
• WebM 360P
• Ogg 360P

Mirrors | Optical phenomena

Being smooth, polished and good light reflective surfaces, mirrors can be of two types: flat or curved. Quickly discuss the first to justify an experience.

Flat mirrors

The images of flat mirrors are constructed using the laws of reflection, described in the previous article.
They are virtual because they can not be projected on a target.
They are right, because they do not appear inverted (upside down).
They are symmetrical, because the left and right are reversed.
They have the same size of the object.

Thus, reverse the writing mnemonic OBAFGKM (developed in article Star Digital Printing) so that this situation can be demonstrated experimentally, with the added value of our poster colors match the spectral class of stars.

The scheme is intended to only show the effect, so it does not comply with certain rules, in particular on the size of objects (real and virtual).

Reflection | Optical phenomena

LIGHT REFLECTION

When a ray of light hits a surface and part of "back to back", we say that was reflected.

It is called normal to line N, which is perpendicular to the surface at the point where the beam
focuses.
Flame incident angle is the angle that the incident beam makes with the normal (A).
Flame reflected angle is the angle that the reflected beam makes with the normal (B).

Reflection laws
The angle that the ray makes with the normal when it hits the surface, is equal to the angle it makes with the normal to be reflected.
The normal line, the incident ray and the reflected ray are all on the same plane.

The thought never happens in isolation. In fact, when the incident ray hits the surface that separates the two media, part of it is absorbed and other part may undergo refraction. Thus, the intensity of light reflected waves is always lower than the intensity of the incident waves.

The reflection of light is represented on the poster.

Note: The addressed topics refer to specular reflection, which occurs at very smooth surfaces. It also happens reflection on uneven surfaces (diffuse reflection), occurring, however, dispersion luz.Verifica It is still the total reflection phenomenon in optical fiber, covered in Powering the World.

LED | Light Emitting Diode

The light emitting diode, which is better known by the English acronym 'LED', has been revolutionary in lighting. Its applications are vast, such as microelectronics, signage, displays / panels; and even as invention associated with the Nobel Prize this year. http://goo.gl/DJODJj


The LED is a semiconductor diode that when receiving electricity emits visible light (electroluminescence). The emitted light is not monochromatic but its color mainly depends on the crystal and the impurity which it is placed.

The red LED of high efficiency, was produced in 1962 and their constitution there is a GaAsP compound, or consists of a Gallium Arsenide crystal (GaAs) with doping phosphorus (P).
The green LED of high efficiency, was produced in 1972 and their constitution there is AlGaP compound, or consists of a gallium phosphate crystal with aluminum.
The blue LED, broadband, was produced in 1994 and their constitution there is InGaN compound, or consists of a crystal gallium nitride (GaN) doped with indium (I).

The Wikipedia site presents us with a elaboradíssima page on this topic, which we recommend reading: http://goo.gl/GIFNh2

Powering the World | Optical Fiber

As can be seen in this representation of optical fiber, below the title: "TECHNOLOGY BASED ON LIGHT" will consider this technology and its connection with the world.

Social networking, phone calls low-cost video calls with family and friends. Three examples of many representatives of the internet, derived from the light and empowering communication between people and the rest of the world. The speed of the Internet has increased throughout history, substantially with the discovery of optical fiber. Then, and what is it?

The optical fiber is a transparent and very thin wire with a diameter of 0.5 mm, similar to a hair, which replaced the metal cables. This has cylindrical structure and is divided into two parts, core and coating, where the core is the central region and the shell is the region that surrounds the core on its outside.
The refractive index of the core material is more refractile (causes larger deviation of light) than the coating, such that a ray that enters at one end, with an angle greater than the critical angle, moves the core fiber undergoing total reflections on the walls until you reach the other end.
The fiber optic cables are advantageous compared to metal cables:
Abundant raw materials;
Greater information transmission capacity;
Does not suffer from electromagnetic wave interference;
As the wires are made of polymers, they do not corrode and will not rust as metallic wire;
Small size and weight.
The official website of the International Year of Light published an article dedicated to the importance of the link between light and communication! Just enter the following link:
http://goo.gl/80y0wn

Stars 'Fingerprints'

The temperatures of the stars can be classified using the Wien displacement law, which is in section formulas that relate the light and matter. The great diversity of observed stellar spectra gave rise to the classification of the stars in seven spectral classes:

OBAFGKM
Oh, Be A Fine Girl, Kiss Me!

Moreover, each class is divided into 10 subclasses designated spectral types: B2; B5; A0; A5, for example. Out of curiosity, the sun is a star that is contemplated in the G2 class.

Depending on the constitution of the atmosphere of stars, we can relate the spectra with the previous absorption temperatures and the respective spectral classes (with a predominant color).

Classe	Temperatura (kelvin)	Cor convencional	Cor aparente
O	≥ 33 000 K	azul	azul
B	10 000–33 000 K	azul-branco	azul-branco
A	7 500–10 000 K	branco	branco a azul-branco
F	6 000–7 500 K	amarelo-branco	branco
G	5 200–6 000 K	amarelo	amarelo-branco
K	3 700–5,200 K	laranja	amarelo-laranja
M	2 000–3 700 K	vermelho	laranja-vermelho

Daltonism | Past and future

In our poster in the location corresponding to the focus blue LED we decided to examine the condition of blindness which is directly related to the color and therefore with light.

The inability to distinguish colors has the medical designation dyschromatopsia. This change in vision is usually known for color blindness.

This designation is a tribute to the chemist John Dalton who described this for the first time. This scientist, who lived in the eighteenth century was a prestigious chemist who made discoveries and extensive range that being a carrier of this visual defect, described it perfectly.

There are three main colors: blue, green and red. On the one hand the junction of these three colors gives white, and on the other hand all the other colors or shades are the sum of these three colors.
It is understood that an error or defect in a cell type refers to one of three colors, resulting in a defect of this particular color, but also have consequences for the composition of all other composite colors and where the missing color can not cooperate.

As such, we also made reference to ColorAdd which is a national project and aims to represent all colors using only symbols.

We also decided to join two important technological advances in the field of technology related to color, building a bridge between the past and the future, creating a renewed version of Newton's disk-bases in the ColorAdd.

Light-energy relations | Formulas

In the focus from the green LED it is possible to find a set of formulas that establish various relations between light and energy.

First, we have to Wien's displacement law of the formula that relates the wavelength (where is located the maximum emission of electromagnetic radiation of black body) and the temperature.

Second, it can be find the Stefan-Boltzmann law for calculating the brightness of a particular body.

Subsequently, there is the presence of Planck's relationship which is used for quantifying the electromagnetic energy.

Finally, there is the famous law of mass-energy equivalence, Einstein, which relates the energy of a body with its mass and speed of light in vacuum.

Thus, this location in the poster possesses extensiva range of formulas that establish relationships between light (energy) and matter.

Laser | Light based technologies

In our poster, in the location of the red LED focus, the Laser was used as an illustration of a technology based on light and extremely important in everyday life.

There are predominantly 4 types of lasers, each with different features and utilities, they being the following:

Laser Type 1 - Use in readable (bar code), or CD's;
Laser Type 2 - Use on DVDs;
Laser Type 3 - Use in medical technology (LASIK);
Laser Type 4 - Military Use (Laser Weapons).


Laser plays a key role in diversa utilities and it presents very special characteristics such as the fact of being monochromatic, that is, having with a wavelength very well defined, and collimated, which means parallel propagation of light beams. The collimation process is represented on the poster along the collimator, which is by the prism.

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.

• WebM 720P
• WebM 480P
• Ogg 480P
• Fonte Ogg
• Ogg 160P
• WebM 360P
• Ogg 360P

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.