Introdução ao estudo da natureza da luz

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A luz é uma das partes componentes da natureza cuja ação nos influencia diretamente de diversas maneiras. Não é a toa, que um dos ramos da Física, a Óptica, se ocupa em estudá-la e compreendê-la em seus diversos aspectos.

Os fenômenos a ela relacionados estão presentes nos instrumentos tecnológicos que estão a nossa volta. Desde os usados para o estudo do microcosmo, a exemplo dos microscópios, até aqueles utilizados no estudo do macrocosmo, como os telescópios. Ademais, podemos identificar facilmente outros fenômenos luminosos em diversos utensílios que empregamos diariamente, tais como os variados tipos de lâmpadas que utilizamos em nossas residências, os óculos, câmeras fotográficas, CDs, DVDs, etc.

Mas sua atuação vai muito além dos meios artificiais que criamos. Em nosso planeta, por exemplo, a luz proveniente do Sol foi e é essencial para evolução e manutenção da vida como a conhecemos. Segundo as teorias da evolução mais aceitas, o oxigênio atmosférico, elemento imprescindível para a maior parte das formas de vida da Terra, teve seus níveis aumentados em razão do surgimento dos primeiros seres fotossintetizantes há cerca de 3,5 bilhões de anos¹. O processo de fotossíntese realizado por eles e posteriormente pelas plantas, faz uso da luz solar como fonte primária de energia, e após algumas atividades químicas intracelulares, esses seres nos disponibilizam o oxigênio que respiramos. A seguir, temos uma animação que exemplifica esse processo:

Animação 1: Fotossíntese.

Fonte: Próprio autor.

Essa animação mostra que durante o processo da fotossíntese a planta necessita de luz solar, água e gás carbônico para que depois dos processos químicos sejam obtidos gás oxigênio e glicose. O processo de fotossíntese é dividido em duas fases, a clara e a escura, no primeiro caso é necessária a presença da luz, no segundo não há essa necessidade. A próxima animação nos mostrará a ação da luz dentro de uma estrutura celular chamada fotossistema durante a fase clara.

Animação 2: Fótons e fotossíntese.

Fonte: Próprio autor.

A animação mostra que as partículas de luz denominadas fótons doam energia às moléculas de clorofila (pigmento verde das plantas), essa energia é transferida gradativamente ao centro de reação (CR). Nesse instante, dois elétrons são liberados e captados pelo receptor primário, iniciando a partir de então uma cadeia de transferência de elétrons durante os demais processos que não foram mostrados na animação. A liberação dos elétrons ocorre devido a quantidade de energia que o CR recebe de diversas clorofilas, excitando os átomos de seus compostos e liberando os elétrons das últimas camadas.

Além desse processo tão importante, a luz está relacionada a outros fenômenos que nos influenciam diretamente. Permanecendo no campo bioquímico e mais diretamente relacionada à saúde humana, sabe-se que a exposição à luz solar pode trazer consequências benéficas ou prejudiciais ao funcionamento de nosso organismo. Expor a pele à luz do Sol de 15 a 20 min diariamente contribui para síntese dos hormônios esteroides lipossolúveis (vitamina D), no entanto, ultrapassar esse limite em horários de alta intensidade de radiação solar (das 10 h às 15:30 h nas regiões tropicais) pode contribuir para o surgimento do câncer de pele². Logo abaixo, temos uma animação que esquematiza o metabolismo desses hormônios essenciais:

Animação 3: Metabolização da vitamina D3.

Fonte: Próprio autor.

Na animação é mostrada a metabolização da vitamina D3. Ela exibe que os fótons dos raios UVB são capazes de quebrar uma ligação na molécula de 7-Deidrocolesterol, devido ao processo de absorção do fóton por esta molécula, transformando-a na pré-vitamina D3. Em seguida, devido a ação do calor que provoca reações químicas, essa pré-vitamina se transforma na vitamina D3, que posteriormente segue para a corrente sanguínea³.

Outro fator de influência da luz sobre nossa saúde está relacionado a exposição direta de nossos olhos às radiações solares. O contato dos olhos com a radiação ultravioleta pode ocasionar lesões na córnea e na retina, além de doenças, como a catarata e o pterígio⁴. Para minimizar o problema, é comum o uso de óculos de sol, em especial aqueles que funcionam com lentes polarizadas. Esse tipo de lente possui maior eficácia na filtragem da luz que atinge o aparelho da visão, pois impede a passagem das radiações ultravioletas A e B (UVA e UVB)⁵. Para entender um pouco mais sobre a polarização da luz nos óculos polarizados observe a animação seguinte:

Animação 4: Óculos polarizado.

Fonte: Próprio autor.

Neste vídeo, é possível observar que os óculos polarizados diminuem o brilho devido ao reflexo da luz solar que atinge os corpos. Na próxima animação veremos como ocorre a polarização das ondas luminosas vindas do Sol, e que são refletidas numa superfície até atingirem nossos olhos.

Animação 5: Polarização da luz 1.

Fonte: Próprio autor.

O vídeo mostra que as ondas luminosas provenientes do sol se propagam em diversas direções. Ao atingirem a superfície, elas passam a ser refletidas com polarização horizontal, por fim, ao atingirem a lente, ocorre uma espécie de bloqueio das ondas, que não são capazes de atingir os olhos.

Isso ocorre porque o processo de polarização é uma espécie de filtragem. Ao passar por um polarizador (como a lente da animação), a onda luminosa que se propagava em diversos planos é "filtrada" e passa a se propagar no plano determinado pelo filtro polarizador. Observe esse processo na animação a seguir:

Animação 6: Polarização da luz 2.

Fonte: Próprio autor.

Na animação, a fonte de luz emana luz não polarizada, com diversas componentes representadas pela diversas cores. Ao passar pelo primeiro filtro, que polariza verticalmente, só é possível verificar a presença da componente vertical daquela luz, representada na cor azul. Quando chega no segundo filtro, que polariza horizontalmente, nenhuma componente consegue atravessar.

Diante da variedade de fenômenos aqui expostos e de tantos outros aos quais não nos referimos, mas que têm em sua base uma relação direta com a luz, poderíamos nos questionar: a luz se comporta igualmente em todos os casos? A explicação relativa a um fenômeno se aplica igualmente aos demais?

Pelas animações e suas explicações, prontamente respondemos negativamente a esses questionamentos. Por um lado, nos fenômenos da fotossíntese e da metabolização da vitamina D se enfatiza a ação dos corpúsculos de luz (fótons), por outro, no processo de polarização, a luz é tratada como uma onda.

Ante essa situação, voltamos a questionar: como a ciência explica esse comportamento? Afinal, a luz é uma onda ou uma partícula?

Na tentativa de esclarecer a natureza da luz, indagações semelhantes a essas têm sido feitas por pensadores e cientistas desde a antiguidade. Nas postagens que se seguem, abordaremos as principais descobertas e tentativas feitas nesse sentido e que se destacaram ao longo da história.

Atividade 1

1) Diante das informações expostas no texto e nas animações, qual a importância do reino vegetal para o equilíbrio ecológico do nosso planeta?

2) De que forma a luz pode contribuir positivamente para nossa saúde? E negativamente?

3) Descreva a atuação da luz nos seguintes fenômenos:

a) Fotossíntese;

b) Metabolização da vitamina D₃;

c) Polarização.

4) Qual a função dos óculos polarizados? Como funciona a polarização da luz nas lentes polarizadas?

5) Na segunda animação sobre a fotossíntese um fóton é refletido enquanto outros dois são absorvidos. Explique o porquê.

6) Pesquise: O que são raios UVA e UVB?

7) O que você entendeu sobre a natureza da luz a partir desta postagem?

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Referências

1 NOGUEIRA. S. A grande oxigenação. Revista Pesquisa Fapesp, 2011. Disponível em: <http://revistapesquisa.fapesp.br/2011/12/26/a-grande-oxigenacao/>. Acesso em: 15 nov. 2018.

2 STUPPIELLO, B. Especialistas esclarecem 12 dúvidas sobre a vitamina D. Minha Vida: saúde, alimentação e bem-estar, 2016. Disponível em: <https://www.minhavida.com.br/alimentacao/galerias/17222-especialistas-esclarecem-12-duvidas-sobre-a-vitamina-d>. Acesso em: 15 nov. 2018.

3 CASTRO, Luiz Claudio Gonçalves de. O sistema endocrinológico vitamina D. Arq Bras Endocrinol Metab [online]. 2011, vol.55, n.8 [cited 2019-07-06], pp.566-575. Disponível em: . Acesso em: 06 jul. 2019.
4 BONFADINI, G. Por que os olhos pedem cuidados (e óculos de sol) no verão. Saúde, 2018. Disponível em: <https://saude.abril.com.br/blog/com-a-palavra/por-que-os-olhos-pedem-cuidados-no-verao/>. Acesso em: 15 nov. 2018.

5 LENTES POLARIZADAS. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Lentes_polarizadas>. Acesso em: 15 nov. 2018.