Reflexão e Refracção (7)ë

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Terezinha Cordeiro Carlos
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$Arco -Íris Reflexão e Refracção (7)ë O índice de refracção do meio (por ex.$

1 Arco -Íris Reflexão e Refracção (7)ë O índice de refracção do meio (por ex. água) depende ligeiramente do comprimento de onda da luz Resulta daí a separação das cores no arco-íris! 10

2 Arco -Íris (cont.)ë Reflexão e Refracção (7-a)ë O arco-íris é formado por raios de luz desviados por inúmeras gotas de água. Na gota ocorre a sucessão de refracção / reflexão total / refracção que desvia o raio de um ângulo bem definido. A cor vista em certa direcção corresponde a um comprimento de onda tal que a luz proveniente de gotas situadas ao longo dessa direcção atinge os olhos Os casos em que ocorre a sequência refracção / duas reflexões totais / refracção explicam o arco íris secundário! vermelho verde 11

$direcção atinge os olhos Os casos em que ocorre a sequência refracção / duas reflexões totais / refracção explicam o arco íris$

3 Os vários tipos de ondas electromagnéticas luz, ondas de rádio, raios-x, raios gama, microondas e outras diferem apenas no comprimento de onda (e na frequência) f λ = c Os comprimentos de onda da luz visível são muito menores que a maioria dos obstáculos, por isso a aproximação de raio de luz é geralmente válida. Os raios-x têm λ muito curtos e altas frequências; por isso penetram em vários materiais que são opacos à luz visível. As microondas têm λ da ordem de alguns cm e frequências que são próximas das frequências naturais de ressonância das moléculas de água (sólida ou líquida). Fornos microondas: f = 2450 MHz ; λ = 12 cm O Espectro Electromagnético 12

Os raios-x têm λ muito curtos e altas frequências; por isso penetram em vários materiais que são opacos à luz visível.

4 Polarização (1) ë Numa onda mecânica transversal, a vibração é perpendicular à direcção da propagação da onda. Se a vibração permanecer paralela ao plano, diz-se que a onda está linearmente polarizada. Ex: sacudir uma das extremidades de uma corda para cima e para baixo ou para trás e para a frente. Se uma das extremidades da corda for movida com velocidade constante, desenhando uma elipse no plano horizontal, então a onda resultante fica elipticamente polarizada. A polarização das ondas electromagnéticas pode ser demonstrada com microondas. Num gerador de microondas típico, ondas polarizadas são radiadas por uma antena eléctrica dipolar. Se a antena dipolar é vertical, o campo eléctrico gerado é também vertical Um absorsor pode ser feito com um plano de fios paralelos. Se os fios são verticais, a energia é absorvida. Quando os fios são horizontais as ondas são transmitidas. 13

Se uma das extremidades da corda for movida com velocidade constante, desenhando uma elipse no plano horizontal, então a onda resultante fica elipticamente polarizada.

5 Há 4 fenómenos que produzem ondas electromagnéticas polarizadas a partir de ondas não polarizadas: absorção reflexão espalhamento dupla refracção Eixo de transmissão ao longo de xx. O feixe transmitido pelo polarizador incide numa segunda película, a analisadora, cujo eixo de transmissão faz um certo ângulo com xx. Polarização (2)ë Polarização por absorção Se E é a amplitude do campo eléctrico incidente, a componente paralela ao eixo de transmissão é E cos θ Ex: película polarizadora chamada Polaroide (inventada por E.H. Land, 1938). Quando a luz incide com o seu vector campo eléctrico paralelo às cadeias que formam a película, são geradas correntes eléctricas ao longo delas e a energia luminosa é absorvida. Se o campo eléctrico for perpendicular à cadeias, a luz é transmitida. A direcção perpendicular às cadeias é chamada eixo de transmissão. 14

Polarização (2)ë Polarização por absorção Se E é a amplitude do campo eléctrico incidente, a componente paralela ao eixo de transmissão é E cos θ Ex: película polarizadora chamada Polaroide

6 Polarização (3)ë Como a intensidade da luz é proporcional ao quadrado do módulo da amplitude do campo eléctrico, a intensidade da luz transmitida pela película é dada por 15

7 Polarização (4)ë Polarização por reflexão Quando a luz não-polarizada incide numa superfície plana que é fronteira entre dois meios transparentes (p.ex. ar e vidro ou ar e água) a lux reflectida é parcialmente polarizada. O grau de polarização depende do ângulo de incidência e da razão das velocidades da onda nos dois meios. Para um ângulo de incidência especial, chamado ângulo polarizante θ P, a luz reflectida é completamente polarizada. Da figura, θ P + 90º + θ 2 = 180º θ 2 = 90º - θ P n 1 sen θ P = n 2 sen θ 2 Lei de Brewster n 1 sen θ P = n 2 sen θ (90º - θ P ) = n 2 cos θ P 16

O grau de polarização depende do ângulo de incidência e da razão das velocidades da onda nos dois meios.

8 Polarização (5)ë Polarização por espalhamento (ou dispersão)ë O espalhamento pode ser demonstrado fazendo-se passar um feixe de luz através de um recipiente de água onde se diluíu uma pequena quantidade de leite. As partículas de leite absorvem luz e re-irradiam, tornando visível o feixe de luz. Do mesmo modo, podem tornar-se visíveis feixes de laser introduzindo pó ou fumo no ar para dispersar a luz. A luz não polarizada, propagando-se na direcção zz incide sobre um centro dispersor situado na origem. A luz espalhada no plano z=0 ao longo da direcção xx é polarizada paralelamente ao eixo yy do mesmo modo que a luz espalhada na direcçaõ yy é polarizada paralelamente ao eixo xx 17

Do mesmo modo, podem tornar-se visíveis feixes de laser introduzindo pó ou fumo no ar para dispersar a luz.

9 Polarização (6)ë Polarização por dupla refracção (birrefringência)ë Muitos materiais são isotrópicos, isto é, a velocidade da luz que os atravessa é a mesma em todas as direcções. Devido à sua estrutura atómica há materiais birrefringentes que são anisotrópicos. A velocidade da luz depende do plano de polarização e da direcção. Quando um raio de luz incide nesses materiais, pode ser separado em dois raios; o raio ordinário e o raio extraordinário. Estes raios são polarizados em direcções perpendiculares e deslocam-se com velocidades diferentes. Há uma certa direcção - o eixo óptico - segundo a qual ambos os raios se propagam com a mesma velocidade. Se a luz incide fazendo um certo ângulo com o eixo óptico, os raios deslocam-se em direcções diferentes no material e emergem separadamente no espaço. Se o material for girado, o raio extraordinário acompanha o movimento de rotação em torno do raio ordinário. 18

Quando um raio de luz incide nesses materiais, pode ser separado em dois raios; o raio ordinário e o raio extraordinário.

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