Polarização de Ondas

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1 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.

2 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.

3 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.

4 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 9 m 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.

5 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.

6 Interferência 1. Princípio da Superposição Figura 1 Figura 2 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..

7 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

8 Ressonância 1. Frequência natural Para pequenos ângulos, a frequência de oscilação de um pêndulo é dada pela relação: f = 1 T = 1 2π g 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 T = 1 2π k m Já uma corda vibrante pode ter mais de um modo de vibração. Na figura mostramos os três primeiros, relacionados às frequências f 1, f 2 e f 3.

9 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:

10 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.