A Óptica Na Mecatrônica

A ÓPTICA NA MECATRÔNICA

Este artigo, a partir da vasta área do conhecimento que é a óptica e suas aplicações na mecatrônica, tem como objetivo, mostrar a importância da óptica, que é uma ciência que vem ganhando cada vez mais importância para a tecnologia moderna, assim como, suas aplicações, sendo as mais relevantes atualmente, o laser, que é basicamente um aparelho que emite um feixe de luz concentrada e possui as mais diversas aplicações, e as fibras ópticas, que são basicamente fios longos e finos de vidro muito puro, com o diâmetro aproximado de um fio de cabelo humano e tem como finalidade transmitir sinais de luz ao longo de grandes distâncias. Neste artigo será apresentada uma análise e síntese sobre a óptica em si, suas tecnologias e suas aplicações na mecatrônica. Para tal, é mostrada a base teórica na qual se baseia a tecnologia óptica, o funcionamento dos aparelhos, como também, uma análise dos mesmos. Para alcançar os objetivos almejados, o trabalho foi desenvolvido a partir de uma ampla pesquisa. Também é o objetivo do trabalho, a apresentação da óptica como um instrumento da Engenharia Mecatrônica, sendo suportada assim, por suas aplicações em casos dentro da mesma.

Abstract of Article

This article on the vast area of knowledge that is the optics and its applications in mechatronics, aims to show the importance of optics, which is a science that has been gaining more and more importance for modern technology, as well as their applications being the most relevant today, the laser, which is basically a device that emits a concentrated beam of light and has many different applications, and the optical fibers, which are basically long, thin strands of very pure glass, about the diameter of a strand of human hair and aims to transmit light signals over long distances. In this article will be presented an analysis and synthesis of the optic itself, its technologies and its applications in mechatronics. To this end, it is shown the theoretical basis on which optical technology is based, the operation of the apparatus, as well as its analysis. To achieve the desired goals, the work was developed from extensive research. It is also the main goal the presentation of optics as an instrument of Mechatronics Engineering, being well supported by its application in cases within the same.

Palavras-chave: Óptica. Luz. Engenharia Mecatrônica. Laser. Fibra óptica.

1 INTRODUÇÃO

A óptica é o ramo da física que se destina ao estudo da luz ou, mais amplamente, a radiação eletromagnética visível ou não, geralmente são estudados os fenômenos envolvendo a luz visível, infravermelha, e ultravioleta; porém como a luz pode se comportar como uma onda eletromagnética, fenômenos semelhantes acontecem com os raios X, ondas de rádio, e outras formas de radiação eletromagnética.

Neste trabalho irá ser mostrada a importância da óptica, que é uma ciência que sofreu grandes transformações nos últimos anos e que vem ganhando cada vez mais importância para a tecnologia moderna. Assim, como suas aplicações na mecatrônica que vão desde os sensores de presença e movimento até as fibras ópticas, que estão sendo bastante utilizadas na indústria.

O interesse pelo tema, óptica, surgiu por ela abranger uma vasta área do conhecimento, chegando até mesmo a se aproximar do eletromagnetismo em alguns casos, e por sua rápida evolução nos últimos anos, tendo conquistado assim um papel de grande importância atualmente, assim, o objetivo desse trabalho é investigar as aplicações da óptica e acompanhar seus avanços, visando principalmente suas práticas na mecatrônica.

2 A ÓPTICA

Óptica é o ramo da física que estuda os fenômenos relacionados à luz ou, mais amplamente, a radiação eletromagnética, visível ou não. A óptica explica os fenômenos de reflexão, refração e difração, a interação entre a luz e o meio, entre outras coisas.

A disciplina geralmente estuda fenômenos envolvendo a luz visível, entretanto, uma vez que a luz é uma onda eletromagnética (MAXWELL, 1873), fenômenos similares ocorrem com os raios X e outras formas de radiação eletromagnética. A óptica, nesse caso, pode se enquadrar como uma subdisciplina do eletromagnetismo. Alguns fenômenos ópticos dependem da natureza da luz e, nesse caso, a óptica se relaciona com a mecânica quântica.

Os princípios fundamentais da óptica (NEWTON, 1672) são o princípio da propagação retilínea, que diz que a luz sempre se propaga em linha reta, o princípio da independência de raios de luz, dizendo que os raios de luz são independentes, podendo até mesmo se cruzarem, não ocasionando nenhuma mudança em relação à direção dos mesmos e o princípio da reversibilidade da luz, falando que a luz é reversível. Por exemplo, se vemos alguém através de um espelho, certamente essa pessoa também nos verá. Assim, os raios de luz sempre são capazes de fazer o caminho na direção inversa.

A medida que a óptica foi evoluindo outros ramos mais precisos foram surgindo como a óptica geométrica, que trata a luz como um conjunto de raios que cumprem o princípio de Fermat, que diz que a luz percorre a trajetória mais rápida(FERMAT, 1657) e é utilizada no estudo da transmissão da luz por meios homogêneos (lentes, espelhos), a óptica eletromagnética, que considera a luz como uma onda eletromagnética((MAXWELL, 1873), explicando assim a reflexão e transmissão, e os fenômenos de polarização, e a óptica quântica ou óptica física, que se trata do estudo quântico da interação entre as ondas eletromagnéticas e a matéria(PLANCK, 1900), no que a dualidade onda-corpúsculo(EINSTEIN, 1905) joga um papel crucial.

A luz, que é o objeto de estudo da óptica, por sua vez é uma onda eletromagnética(MAXWELL, 1873), cujo comprimento de onda se inclui num intervalo dentro do qual o olho humano é sensível. Trata-se, de uma radiação eletromagnética que se situa entre a radiação infravermelha e a radiação ultravioleta.

As três grandezas físicas básicas da luz são herdadas das grandezas de toda e qualquer onda eletromagnética: intensidade, frequência e polarização(HERTZ, 1888). Deve ser ressaltada também a dualidade onda-partícula, característica da luz como fenômeno físico, em que esta tem propriedades de onda e partículas(EINSTEIN, 1905), sendo válidas ambas as teorias sobre a natureza da luz.

A luz é constituída por minúsculas partículas elementares (PLANCK, 1900), essas partículas foram denominadas como os fótons, normalmente, a luz é formada por um grande número de fótons, tendo a sua intensidade ou