Propriedades Ondulatórias da Luz
Produzido por Bruno SoaresTeoria
O que é a Luz?
A luz é uma onda eletromagnética!
E é isso, acabou esse tópico. Tudo ok? Não? Tá, vamos explicar melhor.
Quando um campo elétrico varia com o tempo, oscilando, ele induz um campo magnético. Esse campo magnético também varia com o tempo, oscilando, e isso faz ele induzir o campo elétrico. Assim, eles se auto-sustentam!
Isso é uma onda eletromagnética.
Ondas eletromagnéticas estão por toda parte! São usadas para transmissões de TVs, rádios, usadas em fornos micro-ondas...
E como falamos antes, elas constituem a luz visível (luz do sol, lâmpadas, etc).
Propriedades Ondulatórias da Luz
A luz é uma onda, e como toda boa onda, ela possui propriedades ondulatórias como frequência, comprimento de onda e amplitude.
Ondas eletromagnéticas são ondas transversais, pois os campos elétrico e magnético oscilam perpendicular em relação a direção de propagação da onda. Além disso, como eles induzem um ao outro, eles estão sempre em fase entre si:
- Quando tem o seu valor máximo, também tem o seu valor máximo. Quando é nulo, também é nulo.
Podemos descrever os campos elétrico e magnético das ondas eletromagnéticas por funções senoidais (função seno ou função coseno). Assim, temos:
Agora que estamos lidando com ondas, é muito importante lembrar quem é quem, e a relação entre eles.
O comprimento de onda é a distância entre duas cristas consecutivas. A amplitude da onda é a amplitude máxima de oscilação. A frequência da onda é o número de oscilações que a onda faz num determinado período de tempo.
Nas nossas funções, a amplitude do campo elétrico é , enquanto que a do campo magnético é .
A velocidade de uma onda é dada por , onda para nós, .
A velocidade da luz no vácuo é de aproximadamente .
Tá, mas será que esse valor veio do nada? A verdade é que não, já se provou que a velocidade da luz no vácuo é dada por:
Sendo a permissividade no vácuo e a permeabilidade no vácuo.
Essa relação também é válida para outros meios, portanto, você pode encontrar a velocidade da luz (ou de qualquer onda eletromagnética) em um meio, fazendo:
Onde e são a permissividade e a permeabilidade do meio.
Na equação com cosseno, as propriedades que aparecem são o número de onda e a frequência angular .
Também podemos obter a velocidade da luz com esses dois fatores.
Propriedades Específicas de Ondas Eletromagnéticas (Luz)
Vou te falar algumas propriedades que são muito importantes para termos uma ideia melhor de como essas ondas funcionam. Vamos lá!
- O produto vetorial entre o campo elétrico e o campo magnético, , sempre vai apontar na direção e no sentido de propagação da onda.
- A relação entre o módulo campo elétrico e o módulo campo magnético de uma onda eletromagnética que se propaga no vácuo é sempre a mesma, em qualquer instante e em qualquer ponto do espaço! Essa relação é dada por:
- Como e estão em fase, podemos cortar os cosenos da igualdade anterior e relacionar as amplitudes:
- A onda eletromagnética se desloca no vácuo com velocidade constante e igual à velocidade da luz.
- Ondas eletromagnéticas não necessitam de meio material pra se propagar. Assim, os únicos valores que oscilam nela são o campo elétrico e o campo magnético.
Isso acontece em parte porque os campos elétricos e magnéticos são perpendiculares entre si e em relação à direção de propagação da onda, e em outra parte pela regra da mão direita.
Lembrando que é a velocidade da luz no vácuo, que vale aproximadamente
Se liga!
A relação é válida quando a onda se propaga no vácuo!
Se ela se propaga em qualquer outro meio, então a relação passa a ser:
Frentes de Onda
Vamos escolher um ponto da onda eletromagnética em um dado tempo, e tentar andar junto com ela. (Aviso: Não faça isso em casa. Você não vai conseguir andar na velocidade da luz!)
Podemos imaginar que nós andando junto com esse parceiro ponto da onda somos o plano da figura abaixo.
Como estamos juntos da onda, nós não vemos mais as oscilações do campo elétrico e do campo magnético. Só vemos e num valor constante.
Este plano que imaginamos, onde e são constantes é o que chamamos de frente de onda.
Usando lá as nossas funções senoidais, isso equivaleria a ter o cosseno constante e pra isso eu preciso que seu argumento seja constante. Logo, na frente de onda, temos:
Espectro Eletromagnético
E afinal, qual a diferença entre ondas de rádio, microondas, infravermelho, ultravioleta, luz,... ?
Dependendo da sua frequência (ou do seu comprimento de onda, dá na mesma), as ondas eletromagnéticas têm diferentes usos e, por isso, ganham nomes específicos. Nós representamos isso pelo espectro eletromagnético.
Show! Agora que entendemos melhor as regras, podemos ir pro jogo!