aula 4 – ondas eletromagnéticas · -Óculos de sol – possui lentes com eixo de polarização...

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.


Relembrando ...

Reflexão Interna Total


(ângulo crítico)

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

Relembrando ...

• Dispersão Cromática


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



• Comprimento de onda menor – sofre maior desvio.


...relembrando o espectro visível...


...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”!


...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


Halliday – edição 8

Exemplo


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

- sim ...

...e ainda sobre ondas eletromagnéticas

Polarização por Reflexão


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 Ângulo de Brewster



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 – APLICAÇÕES

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

???



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.



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.



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


Sumário

Ótica Física – a luz como uma onda;

A Lei de Refração – descrição ondulatório;


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


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


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...


Um pouco de história....

X


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;


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.



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.



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;


Aula passada vimos que ...



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


• 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.


DifraçãoOndas de água num tanque


Difração


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?


Difração

Próxima aula …

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


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