Teoria Ondulatória Da Luz

1. LUZ

A luz é uma onda eletromagnética, cujo comprimento de onda se inclui num determinado intervalo dentro do qual o olho humano é a ela sensível.1 Trata-se, de outro modo, de uma radiação electromagnética 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 (ou amplitude), frequência e polarização (ângulo de vibração). No caso específico da luz, a intensidade se identifica com o brilho e afrequência com a cor. Deve ser ressaltada também a dualidade onda-partícula, característica da luz como fenômeno físico, em que esta tem propriedades de onda e partículas, sendo válidas ambas as teorias sobre a natureza da luz.

Um raio de luz é a trajetória da luz em determinado espaço, e sua representação indica de onde a luz é criada (fonte) e para onde ela se dirige. O conceito de raio de luz foi introduzido por Alhazen. Propagando-se em meio homogéneo, a luz percorre trajetórias retilíneas; somente em meios não-homogêneos a luz pode descrever trajetórias curvas.

1.1 TEORIA CORPUSCULAR DA LUZ

A teoria corpuscular foi amplamente desenvolvida no século XVIII, pelos seguidores de Newton. No início do século XIX, com o aperfeiçoamento da teoria ondulatória de Thomas Young e Augustin Fresnel, a teoria corpuscular foi, aos poucos, sendo rejeitada.

É importante compreender que a teoria corpuscular desenvolvida entre os séculos XVII e XIX não é a mesma da atual, inserida na concepção da dualidade onda-partícula da luz.

1.2 TEORIA ONDULATÓRIA DA LUZ

No século XVII, Huygens, entre outros, propôs a ideia de que a luz fosse um fenómeno ondulatório. Francesco Maria Grimaldi observou os efeitos de difracção, actualmente conhecidos como associados à natureza ondulatória da luz, em 1665, mas o significado das suas observações não foi entendido naquela época.

As experiências de Thomas Young e Augustin Fresnel sobre interferência e difração no primeiro quarto do século XIX, demonstraram a existência de fenómenos ópticos, para os quais a teoria corpuscular da luz seria inadequada, sendo possíveis se à luz correspondesse um movimento ondulatório. As experiências de Young capacitaram-no a medir o comprimento de onda da luz e Fresnel provou que a propagação rectilínea, tal como os efeitos observados por Grimaldi e outros, podiam ser explicados com base no comportamento de ondas de pequeno comprimento de onda.

O físico francês Jean Bernard Léon Foucault, no século XIX, descobriu que a luz se deslocava mais rápido no ar do que na água. O efeito contrariava a teoria corpuscular de Newton, esta afirmava que a luz deveria ter uma velocidade maior na água do que no ar.

James Clerk Maxwell, ainda no século XIX, provou que a velocidade de propagação de uma onda eletromagnética no espaço equivalia à velocidade de propagação da luz de aproximadamente 300.000 km/s.

1.3 TEORIA DA DUALIDADE ONDA-PARTÍCULA

No final do século XIX, a teoria que afirmava que a natureza da luz era puramente uma onda eletromagnética, (ou seja, a luz tinha um comportamento apenas ondulatório), começou a ser questionada.

Ao se tentar teorizar a emissão fotoelétrica, ou a emissão de elétrons quando um condutor tem sobre si a incidência de luz, a teoria ondulatória simplesmente não conseguia explicar o fenômeno, pois entrava em franca contradição.

Foi Albert Einstein, usando a ideia de Max Planck, que conseguiu demonstrar que um feixe de luz são pequenos pacotes de energia e estes são os fótons, logo, assim foi explicado o fenômeno da emissão fotoelétrica.A confirmação da descoberta de Einstein se deu no ano de 1911, quando Arthur Compton demonstrou que "quando um fóton colide com um elétron, ambos comportam-se como corpos materiais."

Assim, hoje, a luz pode ser considerada como onda ou como partícula, sendo ambos os modelos considerados válidos.

2. LUZ E RADIAÇÃO

As ondas de radiação eletromagnética são uma junção de campo magnético com campo elétrico que se propaga no vácuo transportando energia. A luz é um exemplo de radiação eletromagnética. Esse conceito foi primeiramente estudado por James Clerk Maxwell e depois afirmado por Heinrich Hertz. Maxwell foi físico e matemático escocês que ficou conhecido por dar forma final à teoria do eletromagnetismo, teoria essa que une o magnetismo, a eletricidade e a óptica. Dessa teoria surgem as equações de Maxwell, assim chamadas em sua homenagem e porque ele foi o primeiro a descrevê-las, juntando a lei de Ampère, a lei de Gauss e a Lei da indução de Faraday.

A radiação eletromagnética se propaga no espaço, possui campo magnético e campo elétrico que se geram mutuamente e se propagam perpendicularmente um em relação ao outro e na direção de propagação da energia, transportando assim energia sob a forma de radiação eletromagnética. A radiação eletromagnética varia conforme a frequência da onda. A luz visível aos olhos humanos é uma radiação eletromagnética, assim como os raios x, a única diferença entre essas duas formas de radiação está na faixa de frequência que o olho humano consegue visualizar, ou seja, os raios X têm faixa de frequência que fica fora do alcance da visão humana. As ondas do forno de micro-ondas também são ondas eletromagnéticas.

Os campos magnético e elétrico obedecem ao princípio da superposição. Os vetores campo magnético e campo elétrico se cruzam e criam o fenômeno da reflexão e refração. A luz é uma onda eletromagnética e em um meio não linear como um cristal, por exemplo, pode sofrer interferências e causar o efeito Faraday, a onda pode ser dividida em duas partes com velocidades diferentes. Na refração, uma onda ao passar de um meio para outro, com densidade diferente, tem a sua velocidade e direção alterada. Uma fonte de radiação, como o Sol, por exemplo, pode emitir luz dentro de um espectro variável. A luz solar ao ser decomposta em um prisma possibilita a visualização de espectros de várias cores, como no arco-íris.

3. TRANSMISSÃO DE CALOR POR RADIAÇÃO

Transferência de Calor (ou Calor) é energia em trânsito devido a uma diferença de temperatura. Sempre que existir uma diferença de temperatura em um meio ou entre meios ocorrerá transferência de calor. Por exemplo, se dois corpos a diferentes