A natureza da luz

3,480 views

Published on

Published in: Technology
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
3,480
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
97
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

A natureza da luz

  1. 1. 1 1. Histórico 2. A velocidade da luz 3. Aspectos ondulatórios da luz  O que é uma onda, ondas transversais e longitudinais  A onda eletromagnética, velocidade, comprimento de onda  O espectro eletromagnético  Difração e interferência, a aproximação da ótica geométrica 4. Refração e reflexão  Lei de Snell,  Dispersão, reflexão interna total, miragens  Princípio de Huygens & Lei de Snell 5. Polarização 6. Espalhamento Parte I - A NATUREZA DA LUZ
  2. 2. 2 1. Histórico  Egito: espelhos de metal polidos  Grécia  estudos de Platão, Aristóteles, Demócrito e Pitágoras  Euclides, 300 AC, enunciado da Lei da Reflexão, estudos da refração, uso de vidros queimadores  1000 DC- Alhazen  Tratado sobre espelhos esféricos e parabolicos, descrição do olho humano  Final do século 13, tradução para o latim  Século 13- Alquimistas produzem películas finas que podem ser depositadas sobre o vidro para produzir espelhos
  3. 3. 3 1. Histórico  Século 17  1608- patente do telescópio solicitada por um holândes  Galileu faz observações astronômicas com seu próprio instrumento (luneta refratora)  Zacharias Jansen inventa o microscópio composto  Kepler (1611) – reflexão interna total, lei de refração para pequenos ângulos  1621- Lei de Snell,  1657 – Fermat – dedução da lei de refração usando o princípio de tempo mínimo  Francisco Grimaldi, e Robert Hook, relatos do fenômeno de difração da luz
  4. 4. 4 1. Histórico 1672- Modelo corpuscular  “luz é constituída de um feixe de partículas”  Usando as leis da mecânica – refração e reflexão Newton (1642- 1727)
  5. 5. 5 1. Histórico  Descreve a decomposição da luz ao atravessar um prisma (dispersão)  1630 – constrói telescópios refletores para eliminar aberração cromática Newton (1642- 1727)
  6. 6. 6 1. Histórico Modelo ondulatório  Deduz corretamente as leis de refração e refração  Descobre a dupla refração na calcita  Explica outros fenômenos óticos; difração e interferência que não podiam ser explicados pelo modelo corpuscular Christian Huygens (1629-1695)
  7. 7. 7 2. A natureza da luz Difração e interferência Thomas Young (1773-1829)
  8. 8. 8 2. A Velocidade da Luz  Primeira estimativa – 1676 Olaf Roemer  eclipse de Io, lua de Júpiter  Período de revolução de Io; 42,5h  Período de revolução de Jupíter 12 anos terrestres  Revolução de180o da Terra=15o de Jupíter  c≈ 2,1x108 m/s
  9. 9. 9 2. A Velocidade da Luz  Método de Fizeau  Mais preciso, usando uma roda dentada  C=3,1x108 m/s  Teoria do eletromagnetismo  Previsão da existência de ondas eletromagnéticas  Propagação no vácuo, com velocidade igual a velocidade da luz no vácuo  Hertz - 1887  oito anos após a morte de Maxwell, comprovação da existência de ondas eletromagnéticas usando um circuito oscilante James Clark Maxwell 1831-1879 00 1 µε =c
  10. 10. 10 2. A velocidade da luz  Problemas  O que é o vácuo?  Como a luz pode se propagar no vácuo?  Teoria do éter  Fluido que preenche todo o espaço “vazio” no universo  Propriedades mecânicas contraditórias
  11. 11. 11 2. A velocidade da luz Experiência de Michelson- Morley  A velocidade da luz não depende do movimento do observador?!
  12. 12. 12 2. A velocidade da luz Mais problemas!! e-e- Efeito fotoelétrico luz Baseado no Trabalho de Planck(1900) Einstein, 1905- luz é composta por fótons, transportando energia E=hν
  13. 13. 13 Veleiro solar http://en.wikipedia.org/wiki/File:Solarsail_msfc.jpg NASA study of a solar sail. The sail would be half a kilometre wide.
  14. 14. 14 Veleiro solar http://en.wikipedia.org/wiki/File:Nano_Sail_D.jpg A team from the NASA Marshall Space Flight Center (Marshall), along with a team from the NASA Ames Research Center, developed a solar sail mission called NanoSail-D which was lost in a launch failure aboard a Falcon 1 rocket on 3 August 2008. The NanoSail-D structure was made of aluminum and plastic, with the spacecraft massing less than 10 pounds (4.5 kg). The sail has about 100 square feet (9.3 m2) of light-catching surface.
  15. 15. 15 2. A velocidade da luz  Qual é o modelo para a luz?  Mecânica quântica- onda e partícula  Experimentalmente verificamos ora a natureza natureza ondulatória, ora a natureza corpuscular, mas nunca as duas simultâneamente.  Princípio da Relatividade  A velocidade da luz é constante, independente do referencial, c=3x108 m/s.
  16. 16. 16 3 . Aspectos Ondulatórios da luz3 . Aspectos Ondulatórios da luz
  17. 17. 17 Ondas 3. Aspectos ondulatórios da luz
  18. 18. 18 Onda longitudinal Onda sonora Onda mecânica em uma mola 3. Aspectos ondulatórios da luz
  19. 19. 19 Onda transversal Propagação de uma perturbação, sem transporte de matéria Na foto: a pequena bolinha presa à mola, oscila apenas verticalmente, enquanto a onda se propaga para a direita. Não há deslocamento na direção de propagação da onda 3. Aspectos ondulatórios da luz
  20. 20. 20 Princípio de Superposição 3. Aspectos ondulatórios da luz
  21. 21. 21 Frentes de onda circulares retas 3. Aspectos ondulatórios da luz
  22. 22. 22 Frentes de onda e raios de luz esféricas planas Os raios de luz, indicados pelas setas, são perpendiculares à superfície da frente de onda e indicam a direção de propagação da onda. 3. Aspectos ondulatórios da luz
  23. 23. 23 Onda senoidal v= λf 00 1 µε =c Amplitude Comprimento de onda λ v Onda eletromagnética no vácuo v=c 3. Aspectos ondulatórios da luz
  24. 24. 24 Onda eletromagnética 3. Aspectos ondulatórios da luz
  25. 25. 25 O espectro eletromagnético f = 8,35 x 1014 Hz λ= 3,6 x 10-7 m f = 3,85 x 1014 Hz λ= 7,8 x 10-7 m 3. Aspectos ondulatórios da luz
  26. 26. 26 O espectro eletromagnético Não tem limites definidos e nem lacunas. curtolongo molécula de águaproteínavírusbactériacélulabola de baseball casa campo de futebol comp. de onda (em metros) tam. de um comp. de onda nome comum da onda fontes freqüência (Hz) energia de um fóton (eV) baixa alta ondas de rádio micro-ondas infravermelho ultravioleta visível raios-x “duros” raios-x “moles” raios gama cavidade rf forno micro-ondas pessoas lâmpadas máq. de raios-x elementos radiativos rádio FM rádio AM radar ALS
  27. 27. 27 Algumas regiões conhecidas Espectro de Radiação Eletromagnética Região Comp. Onda (Angstroms) Comp. Onda (centímetros) Freqüência (Hz) Energia (eV) Rádio > 109 > 10 < 3 x 109 < 10-5 Micro-ondas 109 - 106 10 - 0.01 3 x 109 - 3 x 1012 10-5 - 0.01 Infra-vermelho 106 - 7000 0.01 - 7 x 10-5 3 x 1012 - 4.3 x 1014 0.01 - 2 Visível 7000 - 4000 7 x 10-5 - 4 x 10-5 4.3 x 1014 - 7.5 x 1014 2 - 3 Ultravioleta 4000 - 10 4 x 10-5 - 10-7 7.5 x 1014 - 3 x 1017 3 - 103 Raios-X 10 - 0.1 10-7 - 10-9 3 x 1017 - 3 x 1019 103 - 105 Raios Gama < 0.1 < 10-9 > 3 x 1019 > 105
  28. 28. 28 Luz do sol
  29. 29. 29 Sensibilidade do olho humano Diferente para ambientes iluminados e não-iluminados comprimento de onda (nm) sensibilidaderelativa adaptado à luz adaptado ao escuro
  30. 30. 30 34.7 Reflexão e Refração objeto furo imagem Propagação retilínea óptica geométrica (meio isotrópico)
  31. 31. 31 34.1 O Arco-íris de Maxwell 1831-1879 James Clerk Maxwell: - raio luminoso = onda eletromagnética - óptica (luz visível) = ramo do eletrom. Meados do séc. XIX: - espectro = UV-Vis + IR Heinrich Hertz: - gerou ondas de rádio - velocidade = velocidade da luz visível Heinrich Hertz
  32. 32. 32 Reflexão e Refração Na interface entre dois meios. raio incidente raio refletido raio refratado raio incidente raio refletido raio refratado Ar Vidro
  33. 33. 33 Reflexão e Refração
  34. 34. 34 Lei da reflexão Raio refletido no plano de incidência
  35. 35. 35 Refração
  36. 36. 36 Lei da refração (lei de Snell) Índices de refração
  37. 37. 37 Resultados básicos    θ1 θ2 θ2 θ2 θ1 θ1 normal normal normal n1 n1 n1 n2 n2 n2
  38. 38. 38 Índice de refração Material Índice de Refração* ar 1,0003 diamante 2,419 sílica fundida 1,458 quartzo 1,418 flint leve 1,655 *para 589,29 nm
  39. 39. 39 Dispersão cromática Comp. de onda (nm) Índicederefração,n Vidro crown acrílico Quartzo fundido
  40. 40. 40 Lei de Snell e dispersão θ1 normal n1 n2 θ1 normal n1 n2
  41. 41. 41 Num prisma
  42. 42. 42 Arco-íris
  43. 43. 43 34.8 Reflexão interna total
  44. 44. 44 Reflexão interna total quando 1
  45. 45. 45 Fibras ópticas
  46. 46. 46 Exercícios e Problemas 5. Na figura abaixo, um raio luminoso penetra em uma placa de vidro no ponto A e sofre reflexão interna total no ponto B. Qual o menor valor do índice de refração do vidro que é compatível com esta situação? vidro Ar A B 45,0o
  47. 47. 48 Ondas de rádio
  48. 48. 49 Ondas de rádio
  49. 49. 50 Pressão da Radiação Eletromagnética
  50. 50. 51 Ondas luminosas e raios X
  51. 51. 52 laser
  52. 52. 53 Raios X
  53. 53. 54 Difração λ<<d λ ≈d λ>>d Aproximação da ótica geométrica Aberturas grandes; ⇒ d>>λ Não se considera a difração ! 3. Aspectos ondulatórios da luz
  54. 54. 55 Interferência 3. Aspectos ondulatórios da luz
  55. 55. 56 Referências  www.lightandmatter.com  http://educar.sc.usp.br/otica/  http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/CLASS/ BBoard.html  R. A . Serway, Física 3 para Cientistas e Engenheiros, 3ª. Edição. Editora Livros Técnicos e Científicos, (1996). Capítulo 35  Sears e Zemansky- Física IV- Ótica e Física Moderna, 10ª. Ed., Addison Wesley (2004). Capítulo 34

×