Explique em no máximo uma página, usando ilustrações e comentando os números relacionados com as cores da faixa visível da luz, a razão do céu ser azul, e da sua luz ser polarizada. Em qual direção, em relação à linha de observação e o raio de luz espalhado, está a polarização? Explique também a branquidão das nuvens e a vermelhidão da luz do sol (e de partes das nuvens) nos horários perto do por ou nascer do sol. Use os campos derivados nas notas de aula e a expressão para o vetor de Poynting que está no Problema 6 (acima) como base dos seus argumentos.

Passo 1

Primeiro, vamos entender o que a questão está pedindo. Precisamos explicar por que a faixa visível da luz tem cores específicas, por que o céu é azul, por que a luz é polarizada, como a polarização se relaciona com a direção da observação e do raio de luz espalhado, a branquidão das nuvens e a vermelhidão da luz solar durante o pôr e o nascer do sol. Para isso, vamos utilizar conceitos de física óptica, como espalhamento de luz, polarização e o vetor de Poynting.

Passo 2

Vamos começar falando sobre as cores da faixa visível da luz. A luz branca do Sol é composta por várias cores que, juntas, formam o espectro visível. Essas cores variam do vermelho ao violeta, cada uma com um comprimento de onda diferente. O comprimento de onda determina a cor que percebemos.

Passo 3

Agora, por que o céu é azul? Isso se deve ao espalhamento de Rayleigh, que ocorre quando as partículas na atmosfera terrestre são muito menores que o comprimento de onda da luz. Luz azul tem um comprimento de onda menor e é espalhada mais eficientemente do que luz de comprimentos de onda maiores, como o vermelho. Por isso, vemos o céu predominantemente azul.

Passo 4

A polarização da luz está relacionada à direção das vibrações das ondas eletromagnéticas. Quando a luz do Sol espalha na atmosfera, ela tende a se polarizar perpendicularmente à direção do raio de luz original. Isso significa que, se você observar o céu em um certo ângulo, a luz que chega até você estará polarizada naquela direção específica.

Passo 5

A branquidão das nuvens ocorre porque elas são formadas por inúmeras gotículas de água ou cristais de gelo que espalham a luz em todas as direções. Esse espalhamento múltiplo mistura todas as cores da luz, resultando em uma aparência branca.

Passo 6

A vermelhidão da luz do Sol perto do pôr ou nascer do sol acontece porque, nessas horas, a luz percorre um caminho maior na atmosfera. Durante esse trajeto, as partículas pequenas dispersam a luz azul, deixando prevalecer as cores de comprimentos de onda maiores, como o vermelho e o laranja.

Passo 7

Utilizando o vetor de Poynting, que representa a direção e a intensidade do fluxo de energia da luz, podemos entender como a energia luminosa se propaga e interage com a atmosfera. O vetor de Poynting nos ajuda a visualizar a direção da polarização e como a luz é espalhada e absorvida, contribuindo para os fenômenos observados no céu.

Resposta

Em resumo, a cor azul do céu deve-se ao espalhamento de Rayleigh, que dispersa mais eficientemente a luz azul. A luz polarizada está perpendicularmente alinhada em relação ao raio de luz espalhado e à linha de observação. As nuvens parecem brancas devido ao espalhamento múltiplo de todas as cores, e a vermelhidão do Sol durante o nascer e o pôr ocorre porque a luz azul é mais dispersa, deixando as cores de comprimentos de onda maiores dominarem a percepção visual.

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