Origem do Exercício
– Obtenha a polarização da onda eletromagnética representada abaixo. Demonstre o tipo de polarização (linear, circular ou elíptica) e mostre, caso não seja linear, se a polarização é à esquerda ou à direita através da técnica usada em aula:
; , onde .
Passo 1
Primeiro, precisamos das componentes do campo elétrico com a mesma função trigonométrica, para facilitar que achemos a diferença de fase entre elas.
Para isso, usamos a seguinte relação:
Usando isso para :
Como e , temos:
Comparando com a componente ao longo do eixo :
Vemos que a diferença de fase (que não é afetada pelo sinal de ) é:
Porém, as amplitudes sendo diferentes , nós temos que a polarização da onda é elíptica.
Esse passo pode ser feito tanto colocando as duas componentes como funções seno ou como funções cosseno.
Passo 2
Podemos observar que a polarização de fato é elíptica mostrando que as duas componentes seguem a equação de uma elipse, que é:
Para isso, vamos usar que:
Além do fato de que e , o que nos dá:
Agora a equação da elipse se dá quando usarmos e .
Passo 3
Agora falta descobrirmos se a polarização é à esquerda ou à direita. Isso é uma convenção baseada no sentido de rotação, que não é uma convenção.
Vejamos o sentido de rotação dela, lembrando que ela se propaga no sentido positivo do eixo . (por causa dos sinais dentro das funções).
Primeiro, vejamos qual é o vetor campo elétrico para no tempo .
E pra onde ela gira a medida que o tempo passa? Para facilitar as contas, vamos usar um tempo em um quarto do giro, , onde é o período da rotação.
Olhando os gráficos, vemos que a polarização é anti-horária em relação ao sentido de propagação. Agora a convenção é a seguinte:
Coloque o dedão de cada uma das suas duas mãos no sentido de propagação da onda (sentido positivo do eixo ). A mão cuja palma você bater na direção do giro é a mão da rotação!
No caso, seria a mão direita, então ela é elíptica à direita!
Mas como eu falei isso é uma convenção. A outra convenção possível é você fazer a mesma coisa, mas apontando no sentido contrário do sentido de propagação da onda. (é como se você apontasse pra fonte da onda). Nesse caso, você encontraria que a onda é elíptica à esquerda!
Eu vou usar a primeira convenção, mas a convenção que você deve usar na prova é a que seu professor utiliza em aula!
Resposta
A polarização é elíptica à direita.