quinta-feira, 14 de agosto de 2014

SERÁ QUE A LUZ FAZ CURVA?

Elisiane C. O. Albrecht              

Por muitos séculos houve diversos debates á cerca da luz, será partícula ou onda? Nossos olhos emitem luz e assim conseguimos enxergar os objetos? Estas e outras perguntas possibilitaram um grande avanço nesta temática e com isso, também foi factível a construção de diversos instrumentos ópticos, dos quais muitos estão em nosso cotidiano. Como exemplos podemos citar as lupas, os telescópios, os microscópios, os projetores, as máquinas fotográficas e a fibra óptica, que será objeto de estudo deste texto.

Figura 01: Fibra Óptica. Fonte: Mundo das Tribos.

Primeiramente, será que a luz se comporta como corpúsculos ou ondas? Esta é uma discussão que muitos cientistas levaram anos para conseguir responder, dentre eles podemos destacar Isaac Newton, Christiaan Huygensn e James Clerk Maxwell. Atualmente aceita-se que a luz tem comportamento dual, ou seja, ele se comporta com partícula e também como onda, dependendo da forma que interage com a matéria. Conforme estas relações, teremos alguns fenômenos físicos acontecendo, tais como reflexão, refração, absorção, difração, interferência e polarização da luz. Um dos fenômenos mais estudado é a refração da luz. Esta analise permitiu o desenvolvimento de muitos objetos ópticos, sendo que uma delas, a fibra óptica, é utilizada hoje em grande escala nas comunicações. A refração da luz acontece quando ela passa de um meio material para outro e nesta mudança, a velocidade da luz sofre uma alteração. Como consequência há um desvio no feixe de luz. O comportamento óptico do raio refratado é descrito pelas leis da refração luminosa, que nos diz:

1° Lei: O raio incidente, a normal e o raio refratado são coplanares.
O feixe refratado, correspondente a feixe incidente, passa para o outro meio, com mudança de velocidade:

Sofrendo um desvio com aproximação da normal se o meio 2 for mais refringente que o meio 1 (ou seja, o índice de refração do meio 2  é maior e a velocidade da luz neste meio é menor).

Sofrendo um desvio com afastamento da normal se o meio 2 for menos refringente que o meio 1 (ou seja, o índice de refração do meio 2 é menor e a velocidade a luz neste meio é maior).

E quando o índice de refração do meio 1 for igual ao do meio 1  a direção do feixe se mantém na mesma direção.

2° Lei ou Lei de Snell - Descartes: Para um raio de luz monocromática que se propaga do meio 1 para o meio 2, o produto do seno do ângulo de incidência pelo índice de refração n1  é igual  ao produto do seno do ângulo de refração pelo índice de refração n2, que é dada pela expressão matemática : 

n1 × sen i = sen r × n2

A 2° lei recebeu nome Snell- Descartes, pois foi descoberta experimentalmente pelo matemático holandês Willebrord Van Royen Snell(1591- 1626) e equacionada mais tarde por Descartes.

Figura 02: Refração da Luz. Fonte: Brasil Escola.

Através deste comportamento óptico da luz, temos a aplicação da fibra óptica, que trata-se de um fio flexível e delgado, de material transparente, que pode ser de vidro ou um plástico, feito de maneira que uma luz incidente em uma de suas extremidades percorra seu interior sofrendo sucessivas reflexões totais até emergir na outra ponta. Mas, como assim: “reflexões totais”? Acima não foram descritas as leis da refração? Na verdade as reflexões totais acontecem em um caso especial da refração da luz. Imagine que a luz passa de um meio material para outro, havendo então a refração. Porém, no caso da fibra óptica, acontecem reflexões totais, pois a luz incidente entra num meio mais refringente com um ângulo maior que o ângulo limite. Este é denominado assim por ser o limite para que ocorra refração ou não. Quando o ângulo de incidência é igual ao ângulo limite haverá um ângulo de refração rasante. Assim, se o ângulo de incidência for maior não haverá refração, mas reflexão total da luz.

Figura 03: Comportamento Óptico da Fibra Óptica.  Fonte: Física Moderna.

A fibra óptica pode ser utilizada em exames médicos, tais como endoscopias e cateterismos e também, como já foi citado, em comunicações, pelo fato delas transportarem sinais eletromagnéticos. Assim, podemos ter sinais de TV, telefone e internet sendo mandados por longas redes de cabos de fibra óptica. 

Figura 04: Aplicação da Fibra Óptica.  Fonte: Estruturar Telecom.

Para saber mais:

Site: Manual do Mundo, Luz que faz curva.  Acessado em julho.  https://www.youtube.com/watch?v=F69tWoZa4ic

Referencias:

YAMAMOTO, Kazuhito. FUKE, Luiz Felipe. Física para o Ensino Médio. Volume 2, 1° Edição, São Paulo, Editora Saraiva, 2010.

CARRON, Wilson. GUIMARÃES, Osvaldo. As Faces da Física. 2° Edição, São Paulo, Editora Moderna, 2002.

GREF- Grupo de Reelaboração do Ensino de Física  . Física 2.  5° Edição, São Paulo, Editora da Universidade de São Paulo, 2005.

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