Teoria ondulada da explicação da luz, aplicações, exemplos

O teoria onduladora da luz É uma teoria que procura explicar a natureza da luz e considera isso uma onda eletromagnética. Foi formulado em 1678 pelo físico holandês Christian Huygens, embora na época tenha pouca aceitação por outros cientistas.

Ao longo de sua história, a humanidade sempre sentiu um interesse vivo em entender a luz e, em cada época, cientistas e pensadores elaboraram várias teorias. No entanto, a teoria onduladora é a que explica com o maior fenômeno de luz de luz, como interferência, que consiste na sobreposição de duas ou mais ondas em um local de espaço.

figura 1. A teoria ondulada da luz foi criada pelo físico holandês Christian Huygens em 1678. Fonte: f. Zapata.

A interferência é um fenômeno que ocorre apenas em ondas, não em partículas (no nível macroscópico).

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História

As descobertas científicas do século XIX contribuíram com fortes evidências que apóiam a teoria onduladora. Um deles era o padrão de bandas claras e escuras que o físico inglês Thomas Young encontrou em seu famoso experimento de fenda dupla. Somente ondas são capazes de esse comportamento (veja a Figura 7).

Mas antes disso, a luz também era considerada como um fluxo de partículas que emanavam dos objetos: é a teoria corpuscular da luz proposta por Isaac Newton (1642-1727), dos quais Huygens era mais ou menos contemporâneo.

Figura 2: Huygens e Einstein Theory

Com sua teoria corpuscular, Newton também poderia explicar satisfatoriamente fenômenos cotidianos, como refração e reflexão. E no início do século XX, novas descobertas surgiram em favor dessa teoria.

Então vale a pena perguntar: qual é a luz finalmente? A resposta é de natureza dupla: ao se propagar, a luz exibe comportamento de onda e, ao interagir com a matéria, faz isso como uma partícula: o fóton.

Explicação

A reflexão e a refração da luz são comportamentos que ela tem quando passa de um meio para outro. Graças à reflexão, vemos nossa reflexão sobre superfícies e espelhos de metal polido.

Pode atendê -lo: eletricidade estáticaFigura 3: Refração leve

A refração é observada quando um lápis ou haste parecem ser divididos em dois sendo parcialmente submersos na água ou simplesmente os vemos através do copo do copo.

Figura 4. A refração da luz ao passar do ar para diferentes mídias, como vidro e água, pois em cada um muda sua direção e velocidade. Fonte: Wikimedia Commons. Por Mehran Moghtadai - Trabalho próprio, CC por -sa 3.0.

Por outro lado, a luz viaja em linha reta, algo que Christian Huygens também havia observado e explicar. Huygens propôs o seguinte:

-A luz consiste em uma frente de onda plana que se espalha após uma linha reta.

-A reflexão e a refração ocorrem porque cada frente de onda é equivalente a uma luz de raio.

-Um meio de material chamado éter é necessário, para que a luz se espalhe, pois o som precisa do ar para transmitir.

Huygens acreditava que a luz era uma onda longitudinal, bem como o som, cujo comportamento era muito mais conhecido no tempo graças aos experimentos de Robert Boyle (1627-1691). Isso se refletiu em seu trabalho intitulado Tratado da Luz.

Muitos cientistas procuraram ansiosamente o éter proposto por Huygens, mas nunca o encontraram.

E como a teoria corpuscular de Newton também explicava a reflexão e a refração, isso prevaleceu até o início do século XIX, quando Thomas Young realizou seu famoso experimento.

Princípio de Huygens

Para explicar a reflexão e a refração da luz, Huygens desenvolveu uma construção geométrica chamada Princípio de Huygens:

Qualquer ponto de uma frente de onda é, por sua vez, uma fonte pontual que também produz ondas esféricas secundárias.

São ondas esféricas, porque assumimos que o ambiente em que eles viajam é homogêneo, de modo que uma fonte de luz emite raios que se espalham em todas as direções igualmente. Nas frentes ou superfícies de ondas, todos os pontos estão no mesmo estado de vibração.

Pode servir você: sol

Mas quando a fonte está longe o suficiente, um observador percebe que a luz viaja na direção perpendicular à frente da onda, que é percebida como um plano por causa da distância, e também o faz em uma linha reta.

Isso acontece com os raios de uma fonte relativamente distante, como o sol.

Figura 5. A luz se espalha em uma linha reta e perpendicular às frentes de onda. Se a fonte estiver distante, as frentes são vistas como planos. Fonte: f. Zapata.

Luz como uma onda eletromagnética

Esta é uma previsão das equações feitas por James Clerk Maxwell (1831-1879) durante o século 19. Quando os campos elétricos e magnéticos dependem do tempo, eles estão ligados de tal maneira que um deles gera o outro.

Junto, os campos viajam como uma onda eletromagnética capaz de se espalhar mesmo em um vácuo.

Figura 6.- Uma onda eletromagnética, consistindo de um campo elétrico e outro magnético, perpendicular um ao outro. Por sua vez, a onda se move perpendicularmente a eles. Fonte: Wikimedia Commons.

Os campos elétricos e magnéticos são perpendiculares um ao outro e a direção da propagação de ondas. A luz não é uma onda longitudinal, como Huygens acreditava, mas transversal.

Quando átomos e moléculas reorganizam seus elétrons constituintes emitem luz, para que acontece em nosso sol. A partir daí, a luz viaja no vazio do espaço em velocidade constante, chega na Terra e está a caminho de meios materiais, como ar e água.

A luz visível ocupa uma pequena faixa de frequências no espectro eletromagnético, pois só vemos aqueles aos quais o olho é sensível.

Exemplos de teoria corpuscular

A natureza ondulada da luz e sua propagação retilínea são revelados em:

Pode atendê -lo: o que é um processo isotérmico? (Exemplos, exercícios)

-Os fenômenos de todos os tipos de ondas, essa luz é igualmente capaz de experimentar, como polarização, interferência, difração, reflexão e refração.

-As cores iridescentes formadas em filmes finos de sabão.

-O experimento de Young, no qual uma frente de onda afeta as duas fendas, dando origem a frentes da nova onda que se combinam (interferindo) na tela oposta. Há um padrão característico de bandas brilhantes alternando com bandas escuras.

Figura 7. Experimento de fenda dupla de Young. Fonte: Física. Santillana Hypertext.

-A formação de sombras, as áreas escuras que aparecem quando um objeto fica entre a luz e nossos olhos. Se a luz não se espalhasse retilearmente, seria possível ver através de objetos opacos.

Formulários

Possuindo qualidades de ondas, a luz possui inúmeras aplicações:

Filmes finos

A interferência destrutiva da luz em filmes finos - como as bolhas de sabão acima mencionadas - é aplicada para fabricar revestimentos anti -reflexivos para óculos para óculos.

O laser

É uma fonte de luz intensa e coerente, o que foi possível construir quando a natureza da partícula de onda da luz foi entendida.

Holografia

É uma técnica na qual o padrão de interferência de um objeto tridimensional é registrado em uma placa fotográfica plana.

Então, a placa com a fonte de luz apropriada (geralmente a laser) iluminou a imagem tridimensional do objeto.

Polarimetria

É uma técnica que utiliza a polarização da luz, um fenômeno que surge quando o campo eletromagnético sempre varia na mesma direção.

A polarimetria é aplicada industrialmente para conhecer as áreas onde as peças experimentam maiores esforços mecânicos. Dessa forma, os materiais de design e construção são otimizados.

Interferometria

A interferometria é uma técnica que usa o fenômeno da interferência da luz. É usado em astronomia ao combinar luz de vários telescópios, a fim de formar uma rede com maior resolução.

Aplica -se tanto em radiofrequência (outra região do espectro eletromagnético que não é visível), bem como na faixa óptica. Outra aplicação de interferometria está na detecção de rachaduras e falhas em peças fabricadas.

Referências

1. Figueroa, d. (2005). Série: Física para Ciência e Engenharia. Volume 7. Ondas e física quântica. Editado por Douglas Figueroa (USB).
2. Giancoli, d.  2006. Física: Princípios com aplicações. 6º. Ed Prentice Hall.
3. Rex, a. 2011. Fundamentos da Física. Pearson.
4. Romero, o. 2009. Físico. Santillana Hypertext.
5. Serway, r. 2019. Física para Ciência e Engenharia. 10º. Edição. Volume 2. Cengage.
6. Shipman, j. 2009. Uma introdução à ciência física. Décima Segunda Edição. Brooks/Cole, Cengage Editions.
7. Wikipedia. Luz. Recuperado de: é.Wikipedia.org.