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Como foi visto na postagem introdutória, a luz pode ser entendida como uma onda luminosa. Mas que tipo de onda ela seria? Aliás, quais são os tipos de onda?
A
parte da física encarregada do estudo das ondas de forma mais ampla
é a chamada de Ondulatória. Nos seus conceitos básicos, é comum
se classificar as ondas, no tocante a sua natureza, como mecânicas
ou eletromagnéticas.
No primeiro caso, encontram-se as ondas que necessitam de um meio
material para se propagar, como exemplo temos as ondas sonoras que se
propagam no ar. No segundo caso, encontram-se as ondas que se
propagam em qualquer meio, incluindo o vácuo, a
exemplo das
ondas de rádio que atravessam o ar de nosso planeta, mas também são
capazes de se propagar no espaço interplanetário, o vácuo.
Entendida
como uma onda, a luz pertence ao segundo grupo anteriormente
mencionado. Isso pode ser constatado no fato de que a luz do Sol
atravessa o vácuo para chegar ao nosso planeta. Apesar
de hoje entendermos isso de maneira mais simples, a descoberta de que
a luz é uma onda eletromagnética não aconteceu de forma tão
trivial.
No
século XIX, o matemático e físico escocês James C. Maxwell reuniu
resultados de trabalhos nas áreas da eletricidade e do magnetismo,
demonstrando matematicamente, que ambas estão inter-relacionadas. No
seu trabalho, ele previu teoricamente a existência das ondas
eletromagnéticas, relacionando
algumas equações que posteriormente ficaram conhecidas como
Equações de Maxwell.
Das
relações entre essas equações foi
possível chegar a expressão
Equação 2:
Onde
µ0
é
a permeabilidade magnética no vácuo e
ε0
é a permissividade elétrica no vácuo. Esse
resultado, o
levou
a concluir que as ondas eletromagnéticas possuem velocidade v
constante
no vácuo. Ademais, o valor obtido, quando ε0
e µ0
são substituídos por seus respectivos dígitos,
é
o mesmo encontrado para a velocidade da luz no
vácuo, c
≈
3.108
m/s,
ou
seja,
v = c.
Desse
modo Maxwell conseguiu
demonstrar
teoricamente uma relação entre a luz e o eletromagnetismo,
mostrando que aquela é uma
onda eletromagnética.
Uma
onda eletromagnética, como o nome sugere, possui componentes
referentes aos campos elétricos e magnéticos. Os primeiros são
gerados por cargas elétricas, que ao vibrarem produzem os segundos.
Veja na imagem a seguir como normalmente
estas ondas são representadas.
Figura
10: Campo elétrico e campo magnético numa onda eletromagnética.
Fonte:
Próprio autor.
Na
imagem, a componente em azul refere-se ao campo elétrico que se
propaga verticalmente. A variação desse campo nessa direção gera
um campo magnético, representado em vermelho, na horizontal. Nesse
caso, o sentido de propagação é o do eixo y.
O
que diferencia uma onda eletromagnética de outra é sua frequência
(f)
ou seu comprimento de onda (λ).
A
frequência corresponde ao
número de oscilações por unidade de tempo enquanto
que o comprimento de onda refere-se a distância entre dois pontos
consecutivos de uma onda, observe a imagem a seguir:
Figura
11: Partes de uma onda.
Fonte:
Próprio autor.
Nesta
imagem, A
é a amplitude e o comprimento de onda está representado como a
distância entre duas cristas (partes superiores das ondas). A
frequência e o comprimento de onda estão diretamente relacionados,
veja na animação a seguir como se dá essa relação:
Animação
9: Entendendo a frequência de uma onda.
Fonte:
Próprio autor.
No
vídeo é possível perceber que quanto maior o comprimento de onda,
menor é a frequência (menos oscilações) e vice-versa,
significando que elas são grandezas inversamente proporcionais. A
relação entre essas duas grandezas e a velocidade da luz é c
= λf.
A
luz visível, por exemplo, possui frequências
anteriormente próximas a
1015
Hz1
enquanto que as ondas de
rádio possuem frequência entre 104
Hz e 1011
Hz2.
Além dessas duas faixas,
muitas outras pertencem as chamadas ondas eletromagnéticas. Veja no
vídeo a seguir o conjunto dessas ondas, conhecido como espectro
eletromagnético.
Animação
10: O espectro eletromagnético.
Fonte:
Próprio autor.
Observe
que a parte visível desse espectro é muito pequena em comparação
com as demais, invisíveis ao nossos olhos. Nesse espectro, aquelas
ondas cuja frequência estão além do violeta são mais energéticas,
como o caso dos raios gama, usados no tratamento de alguns tipos de
cânceres. Por outro lado, as ondas que estão aquém do vermelho são
menos energéticas.
Note
que o vídeo também mostra que a parte visível corresponde ás
cores que normalmente se observa num arco-íris, e que tais cores
foram obtidas através da dispersão da luz branca ao atravessar um
prisma. Frequentemente, se considera como luz somente essa parte
visível,
pois é a única que consegue impressionar nossos olhos. Apesar
disso, todas as demais faixas possuem aplicações no mundo da
ciência e tecnologia.
Atividade
4
1)
Quais
as
diferenças
entre uma onda mecânica e uma onda eletromagnética?
2)
Por que a luz pode ser
classificada como uma onda eletromagnética?
3)
Qual a importância da relação matemática
mostrada no texto?
4)
O que é a frequência de uma onda?
5)
O que é o comprimento de
onda de uma onda?
6)
De que forma estão relacionados
a frequência e o comprimento de onda numa onda?
7)
O que é o espectro eletromagnético?
8)
Pesquise sobre as
principais características e utilidades das seguintes ondas
eletromagnéticas:
a)
Raios gama;
b)
Raios X.
c)
Ultravioleta.
d)
Infravermelho.
e)
Rádio.
f)
Microondas.
9)
A concepção da luz como uma onda eletromagnética produz alguma
mudança considerável nas representações geométricas apresentadas
na postagem ‘A câmera escura’? Justifique.
9)
A concepção da luz como uma onda eletromagnética produz alguma
mudança considerável nas representações geométricas apresentadas
na postagem ‘A câmera escura’? Justifique.
10)
Diante
das postagens vistas até então, como você define a luz?
____________________________________
Referências
1HALLIDAY,
David. RESNICK,
Robert. WALKER, Jearl.
Fundamentos
de física:
óptica e física moderna. v.
4, 10.
ed. - Rio de Janeiro: LTC, 2016.
2HALLIDAY,
David. RESNICK,
Robert. WALKER, Jearl.
Fundamentos
de física:
óptica e física moderna. v.
4, 10.
ed. - Rio de Janeiro: LTC, 2016.
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