aula 4 – ondas eletromagnéticas · puntiformes de ondas esféricas secundárias e são fontes...

Aula 4 – Ondas Eletromagnéticas

Física 4

Ref. Halliday – Volume4

Profa. Keli F. Seidel

Ótica Geométrica Lei da Reflexão

Lei de Refração (Lei de Snell)

Onde n é o índice de refração e é adimensional.

Profa. Keli F. Seidel

Relembrando ...

Reflexão Interna Total

Profa. Keli F. Seidel

(ângulo crítico)

O fenômeno de reflexão interna total ocorre somente se n2 < n1

Relembrando ...

• Dispersão Cromática

Profa. Keli F. Seidel

Reflexão e Refração

O índice de refração n para a luz em qualquer meio (exceto o vácuo), depende do comprimento de onda.

Esse espalhamento de luz é conhecido como Dispersão Cromática

Reflexão e Refração

Profa. Keli F. Seidel

• Dispersão Cromática

• Comprimento de onda menor – sofre maior desvio.

Profa. Keli F. Seidel

...relembrando o espectro visível...

Profa. Keli F. Seidel

...Onde observamos no nosso dia-a-dia

Figura meramente ilustrativa sobre o fenômeno onde observamos o céu “avermelhado” durante o por do Sol. (Desconsidere a posição do Sol em relação à Terra, pois esta está errada! (está maior que 23,5o))

Sol a “pino”!

Profa. Keli F. Seidel

...Onde observamos no nosso dia-a-dia

• E quando o índice de refração muda muito (significativamente) há pequenos intervalos de distância (por exemplo, próximo ao chão /à areia no deserto)

http://www.invivo.fiocruz.br/cgi/cgilua.exe/sys/start.htm?infoid=756&sid=9

Profa. Keli F. Seidel

Halliday – edição 8

Exemplo

Profa. Keli F. Seidel

É possível uma onda eletromagnética sofrer processo de polarização por reflexão???

- sim ...

...e ainda sobre ondas eletromagnéticas

Polarização por Reflexão

Profa. Keli F. Seidel

Polarização por ReflexãoPlano de incidência – plano onde encontram-se o raio incidente e o raio refletido;Para uma situação bem específica que é descrita por Brewster, temos:

A luz refletida é totalmente polarizada;

A luz refratada é parcialmente polarizada;

Polarização por Reflexão

Profa. Keli F. Seidel

Polarização por Reflexão Ângulo de Brewster

Polarização por Reflexão

Profa. Keli F. Seidel

Polarização por Reflexão Ângulo de Brewster

Obs.: Se o ângulo de incidência for diferente do ângulo de Brewster, o resultado é que ocorrerá uma polarização parcial dos raios refletidos desta onda eletromagnética

refletida!

Polarização por Reflexão

Profa. Keli F. Seidel

Polarização por Reflexão – APLICAÇÕES

A luz polarizada por reflexão (chão horizontal) possui polarização em sua grande maioria na horizontal;

-Óculos de Sol – possui lentes com eixo de polarização na vertical, de modo que a maior parte da luz refletida por polarização horizontal não atinja os olhos. Mesmo se a luz for não-polarizada, o óculos reduz em cerca de 50% a intensidade que incide sobre suas lentes.

Polarização por Reflexão

Profa. Keli F. Seidel

Exemplo 33.6 (Livro – Sears – 12 edição)A luz solar se reflete na superfície lisa de uma piscina em que não há ninguém. a) Qual é o ângulo de reflexão para que a luz refletida seja

completamente polarizada?

b) Qual é o ângulo de refração correspondente para a luz refratada na água?

c) Durante a noite uma lâmpada no fundo da piscina permanece acesa. Refaça os itens (a) e (b) para a luz incidente a partir de baixo na superfície lisa da piscina. (n

água=1,33)

Respostas: a) 53,1o , b) 36,9o, c) B=36,9o e R=53,1o.

Polarização por Reflexão

Profa. Keli F. Seidel

Capítulo sobre Ondas Eletromagnéticas- Descrição qualitativa,- Formalismo matemático,- Aproximação para ótica geométrica,-Fenômenos descritos pela ótica geométrica e pela ótica

ondulatória;

...outros fenômenos podem ser descritos quando se leva o caráter ondulatório em consideração:

- Interferência-Difração ...

Aula 4 – Interferência

Física 4

Ref. Halliday – Volume4

Profa. Keli F. Seidel

Sumário

Ótica Física – a luz como uma onda;

A Lei de Refração – descrição ondulatório;

Profa. Keli F. Seidel

Introdução

O fenômeno de interferência talvez seja a melhor evidência aos nossos olhos de que a luz é uma onda;

Em nosso dia-a-dia, onde observamos fenômenos de interferência?

-numa bolha de sabão, numa mancha de óleo na superfície da água, nas plumas de um pavão, nas asas da borboleta Morpho, etc

Profa. Keli F. Seidel

Introdução-Isso ocorre porque as ondas interferem entre si e

combinam-se intensificando ou suprimindo certas cores do espectro de luz incidente. Veremos que isso é consequência da interferência construtiva e destrutiva da luz refletida nas superfícies superior e inferior de uma película fina.

-Uma boa comparação

Profa. Keli F. Seidel

IntroduçãoConhecendo as propriedades deste fenômeno é possível, por

exemplo:

- construir películas finas (filmes finos), por exemplo, para diminuir a luz refletida por interferência destrutiva

(lembre-se que no capítulo anterior vimos como fazer isso (diminuir a intensidade da luz) baseando-se no fenômeno de polarização. Agora mostraremos que também é possível através do fenômeno de interferência.);

- Construir películas que tenham alto poder de reflexão do infravermelho (reflete o comprimento de onda que faz gerar calor);

- Etc, etc, etc...

Profa. Keli F. Seidel

Um pouco de história....

X

Profa. Keli F. Seidel

C. Huygens - Século XVII J. Maxwell- Século XIX

Um pouco de história....

Huygens foi a primeira pessoa a apresentar uma teoria ondulatória convincente para a luz

A Teoria Ondulatória de Huygens baseia-se numa construção geométrica que permite prever a posição da frente de onda, num instante no futuro, caso seja conhecida a posição atual;

Profa. Keli F. Seidel

Comportamento ondulatório da luz

Princípio de Huygens

Todos os pontos de uma frente de onda devem ser considerados como fontes puntiformes de ondas esféricas secundárias e são fontes pontuais de ondas secundárias;

Depois de um certo tempo t, a nova posição da frente de onda é a superfície que tangencia essas ondas secundárias.

Profa. Keli F. Seidel

Comportamento ondulatório da luz

Lei da Refração – descrita através do Princípio de Huygens

Com essa descrição ele conseguiu chegar ao mesmo resultado da Lei de Snell!!!

Considere essa luz monocromática.

Profa. Keli F. Seidel

Comportamento ondulatório da luz

Lei da Refração – descrita através do Princípio de Huygens

Com essa descrição ele conseguiu chegar ao mesmo resultado da Lei de Snell !!!

Comprovar!

Supondo v2 < v1;

Profa. Keli F. Seidel

Aula passada vimos que ...

Profa. Keli F. Seidel

• Dispersão Cromática

O comprimento de onda da luz depende do meio de propagação em que se encontra a onda eletromagnética;

Porém, a frequência não depende

do meio de propagação em que se encontra a onda eletromagnética;

Porque???

Comprimento de onda e índice de refração

Profa. Keli F. Seidel

• Demonstrar ...

...demonstrar...

Qual é a consequência disso?

Qual é a consequência disso?

A frequência da luz é a mesma no vácuo ou no meio material

DifraçãoVamos falar sobre o experimento que comprovou que a luz era

uma onda;

Para compreendermos o fenômeno de interferência (em especial deste experimento) de duas ou mais ondas que se combinam, precisamos primeiro compreender o fenômeno de difração de ondas (mais detalhes serão vistos no capítulo seguinte);

A Difração ocorre quando uma onda incide sobre um obstáculo que possui dimensões comparáveis ao comprimento de onda (a ), e se espalham na região da abertura;

onde a é a dimensão do obstáculo.

Profa. Keli F. Seidel

DifraçãoOndas de água num tanque

Profa. Keli F. Seidel

Difração

Profa. Keli F. Seidel

Quanto menor for o obstáculo, mais pronunciada é a difração.Dentro da condição de a

Difração

Nesse instante já podemos perceber que há limitações da ótica geométrica, “quanto queremos descrever o caráter ondulatório da luz”, por considerar o feixe de luz como um raio se deslocando em linha reta.

A ótica geométrica só é válida se pudermos desprezar o fenômeno de difração*. Mas qual(is) detalhe(s) que justifica(m) esta afirmação?

Profa. Keli F. Seidel

Difração

Próxima aula …

Descrição quantitativa do efeito de interferência de ondas eletromagnéticas!!!

Profa. Keli F. Seidel