CARACTERÍSTICAS GERAIS
Uma onda eletromagnética é composta por um campo elétrico perpendicular a um campo magnético, ambos oscilantes, e se desloca na direção perpendicular de oscilação dos campos.
Figura retirada do livro Halliday vol. 4
As ondas eletromagnéticas são ondas transversais que existem em um largo espectro, o qual é caracterizado pela frequência de oscilação das ondas. O olho humano, por exemplo, é capaz de enxergar ondas luminosas na faixa de comprimentos de onda entre 350 nm~750 nm apenas. A figura abaixo contém uma representação do espectro eletromagnético. Nele pode-se perceber, por exemplo, que as ondas de maiores frequências são os raios gama. Além disso, a energia de uma onda varia positivamente de acordo com a sua frequência, ou seja, os raios gama são as ondas que carregam maior energia.
(Figura retirada do livro Halliday vol.4)
A velocidade de uma onda eletromagnética depende apenas do meio em que se propaga, sendo o seu valor dado por:
Onde ε é a permissividade e μ é a permeabilidade magnética do meio. O valor da luz c = 3 · 108 m/s é obtido ao utilizar os valores quando o meio é o vácuo (ε0e μ0):
Para os problemas de onda eletromagnética, vale lembrar que a equação de onda fundamental também se aplica:
v = λf
Como a velocidade das ondas eletromagnéticas são aproximadas para a velocidade da luz no vácuo c, é preciso conhecer somente um valor, comprimento de onda ou frequência, para caracterizar uma onda eletromagnética.
A potência de uma onda é uma quantidade que depende da fonte que a emite, sendo o seu valor uma medida de energia por tempo que a onda carrega. A intensidade da onda é a razão entre a potência total emitida pela fonte sobre a área de atuação da onda:
Figura retirada do livro Halliday vol.4
Em linhas gerais, a intensidade avalia a distribuição de potência no espaço. Considerando-se que as fontes pontuais emitem ondas eletromagnéticas isotropicamente, a área de atuação será dada por uma superfície esférica, onde R é a distância do ponto analisado até
A = 4πR2
Assim, para ondas eletromagnéticas emitidas a partir de uma mesma fonte (ou seja, potências iguais), a relação de intensidade em dois pontos distintos é dada por:
TRANSMISSÃO, REFLEXÃO E ABSORÇÃO DA LUZ
Imagine uma radiação luminosa saindo de um meio material 1 para um meio distinto 2. Ao entrar em contato com a superfície de separação dos materiais, algumas coisas podem ocorrer: a luz pode ser transmitida, refletida ou inclusive absorvida pelo meio material.
O efeito de transmissão ocorre quando a luz atravessa uma superfície ou objeto. A transmissão é dita direta, quando não há mudança na direção ou qualidade da luz, como é o caso da luz no ar. Pode também ser uma transmissão difusa, quando a luz passa por um objeto transparente ou semitransparente, sendo desviada em muitas direções. A última classificação é a transmissão seletiva, que ocorre quando parte da luz incidente é absorvida pelo material, como acontece quando projetamos luz branca sobre uma superfície vermelha, por exemplo, gerando uma luz resultante vermelha.
A reflexão da luz pode ser especular, quando é refletida por uma superfície lisa, e difusa, quando a luz é refletida por um material com algum tipo de textura, o que provoca uma reflexão menos intensa.
Para a absorção, um objeto pode absorver total ou parcialmente a luz incidente. Uma superfície branca, por exemplo, tende a refletir e não absorver uma luz incidente. A superfície preta, ao contrário, tende a absorver integralmente a luz que incide sobre ela. Se projetarmos uma luz branca sobre uma superfície vermelha, esta superfície reterá as demais cores contidas na luz branca e realçará o vermelho da superfície. Devido a este fenômeno, é possível afirmar que em dias de calor é melhor usar branco e não preto, justamente porque a luz absorvida pelo preto se transformará e multiplicará o calor.
Os valores que medem cada um dos tipos de efeitos luminosos descritos acima são dados por T (transmitância), que mede a fração da luz transmitida, R (refletância) e A (absorbância), que medem frações análogas. Como só há essas três possibilidades para a luz, é sempre válido que:
T+R+A=100%
REFRAÇÃO LUMINOSA
A refração é um fenômeno óptico que ocorre quando a luz, por exemplo, atravessa a água, mudando completamente seu meio de propagação. Este fenômeno relaciona a direção e a velocidade de propagação da luz em diversos meios, através de uma constante denominada índice de refração, a qual depende do meio tratado. Por exemplo, a luz se propaga no vácuo com determinada velocidade e no ar, de índice de refração maior que o vácuo, com uma velocidade menor. A relação entre o índice de refração e a velocidade da luz no meio é:
Onde c é a velocidade da luz no vácuo, n o índice de refração do meio e v a velocidade da luz no meio. Lembrando da equação de onda podemos ainda relacionar:
v = λf
Onde λλ é o comprimento de onda da luz e f a sua frequência.
Para entender a próxima lei que trata da direção de propagação da luz, falaremos incialmente sobre o Princípio de Fermat. O princípio afirma que a trajetória percorrida pela luz ao se propagar de um ponto a outro é tal que o tempo gasto em percorrê-la é um mínimo. Agora, imaginando a situação em que a luz se encontra na interface de separação entre dois meios, nos quais possui velocidades distintas, qual será o seu comportamento? Ao ser transmitida de um meio a outro, ela seguirá a direção original?
Figura retirada do livro Halliday vol.4
Aplicando a Lei de Fermat para o raio luminoso que segue a trajetória de ângulo θθ1 com a normal no meio 1 , o resultado obtido para o ângulo em que percorre o meio 2 é conhecido como Lei de Snell, sendo dado pela equação:
n1 sen (θ1) = n2 sen (θ2)
POLARIZAC̣ÃO LUMINOSA
A polarização é uma característica física das ondas eletromagnéticas que vibram em diversas direções durante a emissão, incidência e reflexão. Para cada onda do raio que vibra em uma direção sempre há outro em um plano perpendicular à onda luminosa. Essa luz com movimento “perturbado” é chamada de luz natural ou luz não polarizada.
Existem diversos materiais que, ao serem atingidos pelo feixe de luz, deixam passar apenas uma parte da onda luminosa, acontecimento denominado polarização da luz. A luz que antes oscilava em todas as direções e se propagava em diversos planos passa a se propagar em um único plano. Os filtros polarizadores são feitos exatamente para atender este propósito. As ondas polarizadas podem ser produzidas também a partir de ondas naturais por fenômenos como: absorção, espalhamento, reflexão e birrefringência.
Para os filtros polarizadores, há uma relação de intensidades entre a luz que incide e sai do filtro, a qual depende do ângulo do polarizador e da polarização inicial da luz. Se a luz for não polarizada, a sua intensidade será somente reduzida pela metade ao passar pelo polarizador. No caso da luz polarizada, a intensidade I será alterada por um fator dependente do ângulo entre o filtro e o plano de polarização inicial, relação denominada Lei de Malus.
Figura retirada do livro Halliday vol.4
Assim, a equação para a luz inicial não polarizada é:
Para a luz polarizada inicialmente, temos pela Lei de Malus:
I = I0 (cosθ)2
A explicação para essa diferença de equações é simples. A luz natural oscila em todas as direções. Assim, para cada direção ela possui uma componente de oscilação vertical e horizontal. Ao passar por um filtro polarizador, contudo, uma dessas componentes é anulada, pois o filtro impede que a luz oscile de modo bidimensional, resultando na metade da intensidade.
Os polarizadores de luz estão presentes na tecnologia dos dias atuais, sendo alguns exemplos os óculos com filtros horizontais e as telas de monitores LCD, com filmes polarizadores horizontais e verticais para fornecer uma melhor visualização de imagens de todos os ângulos.
