DISCIPLINA: Tópicos de Óptica (2 créditos)

Prof. Antônio Carlos Fontes dos Santos (toni@if.ufrj.br)

Livro texto: E. Hecht, óptica, Fundação Calouste Gulbekian, segunda edição portuguesa (2002);

Outras referências:Óptica moderna – Fundamentos e Aplicações S. C. Zílio (e-book)Desenho e Fabricação Óptica – S. C. Zílio (e-book)InternetArtigos RBEF, The Physics Teacher, Physics Education, American Journal of Physics, European Journal of Physics, etc...

Avaliação: listas e seminários

CRONOGRAMA (tentativo)

Aula 1 – A História da ótica, (Hecht, capítulo 1, artigos)

Aula 2- A matemática do movimento ondulatório (Hecht, capítulo 2)

Aula 3- Teoria Eletromagnética (Hecht, capítulo 3), experimento: propagação de ondas em cabos coaxiais

Aula 4 –A propagação da luz (Hecht, capítulo 4)

Aula 5- ótica geométrica (Hecht, capítulos 5 ),

Aula 6- complemento de ótica geométrica (Hecht, capítulo 6), analogia com ótica de partículas carregadas, o programa SIMION

Aula 7- Discussão: Por quê e o quê ensinar em ótica geométrica no nível médio? (diversos artigos)

Aula 8 – Sobreposição de ondas (Hecht, capítulo 7)

Aula 9 – Polarização (Hecht, capítulo 8), atividade ótica, simetria molecular, experimento: medindo a concentração de açúcar

Aula 10 – Interferência (Hecht, capítulo 9)

Aula 11 – Difração (Hecht, capítulo 10), experimento: medindo o diâmetro de um fio de cabelo

Aula 12- ótica de Fourier (Hecht, capítulo 11), demonstração: decomposição de um sinal em suas componentes de Fourier

Aula 13 – Radiação, luz e matéria (Hecht, capítulo 3 )

Aula 14 – metamateriais (virando a luz para o lado errado!) (artigos)

Aula 15 – seminários dos alunos

Aula 16- seminários dos alunos

AULA 1AULA 1

HISTÓRIA DA ÓTICAHISTÓRIA DA ÓTICA

“Apesar das dificuldades em abordar a natureza da ciência em sala de aula, há um entendimento geral da necessidade deincorporar nos currículos noções sobre como ocorre a construçãodo conhecimento científico. Conhecer a história dodesenvolvimento e do processo de aceitação de teorias científicaspode ajudar os professores a incluir discussões sobre a naturezada ciência no ensino de ciências...”

JUSTIFICATIVA:

da ciência no ensino de ciências...”

‘ Tradicionalmente o curso de física e também os livros didáticosprivilegiam uma formação acadêmica com enfoque altamente empirista-indutivista, isto é, um enfoque no qual o conhecimento advém dageneralização indutiva a partir da observação, sem qualquer influênciateórica ou subjetiva, e dessa forma capaz de assegurar a verdadeabsoluta às afirmações científicas.”

“...o conhecimento é uma construção humana, na qual a criatividade e aimaginação desempenham importante papel, em que a visão empirista-imaginação desempenham importante papel, em que a visão empirista-indutivista se mostra superada....

....não há regras infalíveis em que garantam o descobrimento de novosfatos e a invenção de novas teorias. Nem tampouco o conhecimentocientífico é definitivo ou absolutamente verdadeiro, mas sim de naturezaconjetural, tentativa, verificável e consequentemente falível e não cresceem um vazio cultural.”

M. A. Moreira et al. Rev. Bras. Ens. Fís. Vol. 29, p127-134 (2007)

O primeiro período da ótica O primeiro período da ótica

? ? →→ até século XVaté século XV

Êxodo, 38:8 (1200 A.C.) conta-se como Bezaleel, na preparação da Arca e do Tabernáculo, utiliza “os espelhos das mulheres” para construir a bacia de bronze(um recipiente sagrado).

Os espelhos primitivos eram feitos de cobre polido, bronze e espéculo, uma liga deCobre rica em estanho.

Um espelho em perfeitas condições de conservação foi desenterrado perto da Pirâmide de Sesostris II (1900 A.C.), no vale do Nilo.

(Êxodo 38,8)Êxodo 38,8)

Fez a bacia de bronze e seu pedestal de Fez a bacia de bronze e seu pedestal de bronze, com os espelhos das mulheres bronze, com os espelhos das mulheres que faziam o serviço à entrada da tenda que faziam o serviço à entrada da tenda de reunião. de reunião.

Acredita-se que os antigos gregos não usavam

lentes óticas e que instrumentos óticos foram

descobertos 1000 anos mais tarde. Mas será

verdade ? Há imagens no Perú nas quais uma

Pessoa olhando através de algo que se parece

Com um telescópio um cometa . Uma imagem

similar existe (sem o cometa) de um grego

antigo olhando alguma coisa com o que se antigo olhando alguma coisa com o que se

parece com um telescópio .

Demócrito disse que a via Láctea é uma

coleção numerosa de estrelas. Ele obervou

estas estrelas ? Como ?

Hendrick ter Brugghen, "Democritus Laughing" (1629)

Os filósofos gregos Pitágoras, Demócrito, Empédocles, Platão, AristótelesE outros, desenvolveram várias teorias sobre a natureza da luz.

Pitágoras,pormenor de A escola de Atenas de Raffaello Sanzio (1509).

Platão (esquerda) and Aristóteles (direita), detalhe de A escola de Atenas

A propagação retilínea da luz era conhecida, tal como o era a lei da Reflexão, enunciada por Euclides (300 A.C.) no seu livro Catoptrics.Herão de Alexandria tentou explicar estes dois fenômenos, afirmando queA luz percorria sempre o caminho mais curto possível entre dois pontos.

Euclides

Herão demonstrou a igualdade entre os ângulos deincidência e reflexâo se baseando de que este é o menorcaminho entre o objeto e o observador.

Herão de Alexandria (10-70 DC) considerou que a luz emanava dos olhosemanava dos olhosCom grande velocidade e eram refletidas por superfícies lisas mas podiaSer aprisionada nas porosidades das superfícies não polidas (teoria da emissão)

Os gregos discutiram a visão mais em termos geométricos do que um problema físico, fisiológico ou psicológico.

Euclides inicia seu estudo sobre ótica com um conjunto de axiomas.

1. Linhas (ou raios visuais) podem ser desenhados como uma linha reta ao objeto.2.As linhas incidindo sobre o objeto formam um cone3.Os objetos nos quais as linhas caem são vistas. 4.Objetos vistos sob um ângulo maior parecem maiores.5.Objetos vistos por um raio mais alto, parecem mais altos.5.Objetos vistos por um raio mais alto, parecem mais altos.6.Raios à direita e à esquerda aparem à direita e à esquerda. 7.Objetos vistos por vários ângulos parecem mais claros.

Euclides não definiu a natureza física destes raios visuais, mas, usando os princípios da geometria, eleDiscutiu os efeitos de perspectiva dos objetos vistos a distância.

Em 55 a.C., Lucrécio, um romano que seguia as idéias do atomistas gregos,escreveu:

“A luz e o calor do sol, estes são compostos de pequenos átomos os quais, quando são emanados , não perdem tempo em atravessar o espaço interno de ar na direção imposta pelo emanador.”

Lucrécio, Sobre a natureza do Universo

O ponto de vista de Lucrécio não foi aceito totalmente e a acreditava-se que a Luz emanava dos olho conforme proposto por Herão.

O “vidro ardente” (uma lente positiva) foi referido por Aristófanes, na suaPeça cômica The Clouds (424 A.C.).

STREPSIADES Have you ever seen a beautiful,

transparent stone at the druggists', with which

you may kindle fire?

SOCRATES You mean a crystal lens.SOCRATES You mean a crystal lens.

STREPSIADES That's right. Well, now if I placed

myself with this stone in the sun and a long

way off from the clerk, while he was writing

out the conviction, I could make all the wax,

upon which the words were written, melt.

Aristófanes 420 A.C, THE CLOUDS

Aristófanes, o mestre da Velha Comédia e Menander, o mestre da Nova Comédia

Pintura de parede do Stanzino delle Matematiche na Galleria degli Uffizi (Florência, Itália). Por Giulio Parigi (1571-1635) nos anos 1599-1600

O Queimar dos Navios, Thesaurus Opticus, Alhazen

O quebrar aparente de objetos parcialmente imersos em água é mencionadoPor Platão em a Republica.

A refração foi estudada por Cleómedes (50 D.C.) e mais tarde por CláudioPtolomeu (130 D.C), de Alexandria, que construiu tabelas com medidas deÂngulos de incidência e de refração, em vários meios.

Ptolomeu

A fabricação do vidro era conhecida pelos antigos egípcios .

Durante o império Romano, vidro era disponível para as pessoas do povo.

Arqueologistas recriaram um forno de vidro de 3000 anos, mostrando que os métodosdos antigos egipcios eram mais sofisticadosDo que se pensava anteriormente

Hoje diríamos que algo é transparente como um vidro. Isto era diferente 2000 Anos atrás. Escrevendo sobre a ignorância espiritual, Paulo descreve a máReflexão dos espelhos de seu tempo.

When I was a child, I talked like a child, I

thought like a child, I reasoned like a child. thought like a child, I reasoned like a child.

When I became a man, I put childish ways

behind me. Now we see but a poor reflection

as in a mirror; then we shall see face to face.

Paul , 1 Corinthians 13

Esta citação é reveladora; espelhos antigos eram de metal polido comUm pobre acabamento.

Dos relatos do historiador Plínio (23-79 D.C.), torna-se claro que os RomanosTambém possuiam “vidros ardentes”. Várias esferas de vidro e de cristal,Utilizadas provavelmente para desencadear fogos, foram encontradas em ruinas Romanas; em Pompéia recuperou-se uma lente plano-convexa.

O filósofo romano Sêneca (3 a.C- 65 d.C) assinalou que um globo de vidro cheioDe água podia ser utilizado como instrumento de ampliação. É certamente possível Que alguns artesãos romanos possam ter utilizado lupas para facilitar trabalhos minunciosos.

Sêneca

Na idade média, o centro da cultura deslocou-se para o mundo árabe. A ótica foiParticularmente favorecida:

Em 1000 D.C., Alhazen aperfeiçoou a lei da reflexão, estabelecendo que asDireções de incidência e de reflexão se encontram no mesmo plano normal àsuperfície, estudou espelhos esféricos e parabólicos e fez uma descrição detalhadaDo olho humano.

Opticae Thesaurus

O início da ótica física

Ibn al-Haytham (também conhecido comoAlhacen or Alhazen na Europa Ocidental) (965–1040), é frequentemente visto como o “pai daótica moderna”, formulou a primeira alternativateórica às teorias óticas gregas. Iniciou umarevolução na ótica e na percepção visual, einiciou os fundamentos da ótica físicamoderna.Os achados chaves de Alhazen foramdois: primeiro, insistiu que a visão ocorresomente deviso aos raios entrarem no olho eque os raios que supostamente emanavam dosolhos estava errada; O segundo foi definir anatureza física dos raios discutidos porescritores óticos geometricos anteriores,considerando os raios como formas de luz e cor.considerando os raios como formas de luz e cor.Ele desenvolveu a camera escura parademonstrarque a luz e as cores de velasdiferentes passavam através de uma aberturasimples em linha reta, sem misturar na abertura.Ele entáo analisou eses raios físicos de acordocom os principios sa ótica geométrica . AL hazentambém aplicou o metodo cientificoexperimental como uma forma de demonstraçãoem ótica. Escreveu muitos livros sobre otica,entre eles o livro de otica (Kitab al Manazir emárabe), traduzido para o latim como Deaspectibus or Perspectiva, que disseminou suasideias para a europa ocidental e teve grandeinfluencia nos desenvolvimentos posteriores daotica.

Revolução ótica no mundo Islâmico

Al-Kindi (801–873) foi um dos primeiros escritoressobre ótica no mundo isâmico. Em um trabalhoconhecido como De radiis stellarum, al-Kindidesenvolveu uma teoria que "that everything in theworld ... emits rays in every direction, which fill thewhole world.“ Esta teoria influenciou futuroswhole world.“ Esta teoria influenciou futurosestudiosos ocidentais como Robert Grosseteste eRogen Bacon

Reproducão de uma página do manuscrito de Ibn Sahl mostrando a descoberta da lei de refração, conhecida coma a lei de Snell

Avicena concordava com Alhazen que a velocidade da luz era finita,como ele “ observou que “se a percepção da luz é devido à emissãode algum tipo de partículas por uma fonte luminosa, a velocidade daluz deve ser finita”. Abu Rayhan al-Biruni também concordava aquea velocidade da luz era finita. Foi o primeiro a descobrir que a luzera mais rápida que o som.

Ibn Sina (Avicena), (980-1037) Abu Rayhan al-Biruni (973-1048)

No final do século 13 e início do século 14, Qutb al-Din Shirazi(1236-1311) e seu aluno Kamal al-Din al-Farisi (1260-1320)continuaram o trabalho de Al Hazen e foram os primeiros a dara explicação correta para o arco-íris.

Em 1574 Taqi-al-Din (1526-1585) escreveu o últimogrande trabalho árabe entilutadoKitab Nūr hadaqat al-ibsār wa-nūr haqīqat al-anzār(Book of the Light of the Pupil of Vision and the Lightof the Truth of the Sights), que contém estudosexperimentais em três volumes sobre visão, areflexão da luz e a refração da luz.

Ótica na Europa medievalÓtica na Europa medieval

O bispo inglês Robert Grossesteste , escreveu sobre vários tópicos Científicos durante a criação da universidade medieval e re-visitou os trabalhosDe Aristóteles. Ele representa um período de transição entre o Platonismo medievalE o novo Aristotelicismo.

Diagrama ótico mostrando a luz sendo refratada em um vidro esférico cheio de água (Roger Bacon ou Robert Grosseteste)

Bacon foi fortemente influenciado pelos escritos de Grosseteste sobre a luz.Nos seus escritos (the Perspectiva, the De multiplicatione specierum, and theDe speculis comburentibus) ele cita uma vários trabalhos sobre ótica comoAlhacen, Aristoteles, Avicenna, Euclides, al-Kindi, Ptolomeu, entre outros.

Bacon sugeriu a utilização de lentes para compensar defeitos visuais e lançoua idéia de combinação de lentes para construir um telescópio.

Com a sua morte, o desenvolvimento da óticaEstagnou novamente.

Franciscano Roger bacon (1215-1229)

Diagramas circulares de Roger Bacon

Título: PerspectivaAutor: Bacon, RogerFonte: British Library, ms. Royal 7 F. VIII, f. 54vDescrição: Diagramas circulares Descrição: Diagramas circulares relacionados com o estudo da óticaProdução: Inglaterra; final do séc. 13

Língua: Latim

Outro Franciscano inglês, John Pecham (morto em 1292) continuou o trabalhoDe Bacon, Grosseteste e vários outros escritores e produziu o livro maisUtilizado sobre ótica na idade média o Perspectiva Communis.

Os séculos XVII e XVIIIOs séculos XVII e XVIII

Não se conhece exatamente o inventor do telescópio; nos arquivos da cidadeDe Haia, está registrado um pedido de patente para um telescópio, com dataDe 2 de outubro de 1608, por um fabricante de óculos holandês chamadoHans Lippershey (1587-1619).

Em 1611 Kepler publicou a Dioptrics. Tinha descoberto a reflexão interna total e obtido a aproximação de pequenos ângulos para a lei de refração. Desenvolveu o tratamento da ótica de primeira ordem para sistemas de lentes delgadas, e no seu livro descreve o funcionamento do telescópio kepleriano (ocular positiva) e galileano (ocular negativa)

Johannes Kepler (1571-1630)

positiva) e galileano (ocular negativa)

Snell descobriu experimentalmente, em 1621, a lei da refração (finalmente,ufa!) . Ao compreender exatamente como é que os raios de luz são defletidos ao atravessar a fronteira entre dois meios, isto é, um dióptro, Snell abriu a porta para a ótica aplicada contemporânea.

Willebrord Snell (1591-1626)

Publicou pela primeira vez a formulação da lei da refração de Snell em termos senos,hoje tão familiar. Descartes deduziu a lei construindo um modelo em que a luz é encarada como uma pressão trasmitida por um meio elástico. Descreve-a assim na sua La Dioptrique

René Descartes (1596-1650)

... recorde-se a natureza que atribuí à luz, quando afirmei que esta não é mais do que um certo movimento ou ação, no seio de de uma matéria muito sutíl qe enche os poros de todos os corpos...

A figura mais famosa do olho como uma Câmara escura é de René Descartes em“La Dioptrique”, Leiden, 1637

René Descartes (1596-1650)

Mas a primeira imagem (pelo nosso conhecimento) do olho comparado com uma câmara escura é de Ludovico Cardi uma câmara escura é de Ludovico Cardi detto il Cigoli, “Prospettiva Pratica”, manuscrito Ms 2660A da Biblioteca de Uffizi , 1613

Fermat, ignorando os pressupostos de Descartes, deduziu também a lei da reflexão, com base no seu princípio do tempo mínimo (1657). Partindo do princípio de Herão, do percurso mínimo, afirmou que a luz, ao propagar-se de um ponto para outro, escolhe o caminho para o qual o temp de percurso é mínimo mesmo que, para tal, se tenha de desviar relativamente ao caminho mais curto

Pierre de Fermat (1601-1665)

O método da tangente de Fermat – Fermat antecipou o cálculo com seu modo de encontrar a linha tangente para uma dada curva. Para encontrar a tangento à um ponto P(x,y), ele desenhou uma linha secante a um ponto próximo P1 (x+ε, y1 ). Para pequenos ε, a linha secante ao ponto PP1 é aproximadamente igual ao ângulo PAB no qual a tangente faz com o eixo x. Finalmente faz-se ε →0, obtendo assim a expressão matemática para a linha tangente.

A difração foi observada pela primeira vez por Grimaldi no Colégio dos Jesuítas , na Bolonha. Grimaldi observou faixas de luz no interior da zona de sombra de uma vara de luz exposta a uma pequena fonte luminosa. Foi o primeiro a postular a natureza ondulatória da luz

Francesco Maria Grimaldi (1618-1663)

Hooke, experimentalista da Royal Society, em Londres, observou também fenômenos de difração. Foi o primeiro a estudar os padrões de interferência coloridos gerados por películas delgadas (Micrographia, 1665); concluiu corretamente que estes eram devidos à interação entre a luz refletida nas superfícies frontal e posterior do filme e propôes que a luz fosse considerada associada a um rápido movimento oscilatório do meio, propagando-se a grande velocidade. Propôs também que “qualquer impulso ou vibração” de um corpo luminoso, gera uma esfera”. Eis a primeira pedra da teoria

Robert Hooke (1635-1703)

uma esfera”. Eis a primeira pedra da teoria ondulatória da luz!

Isaac Newton (1642-1727)

Newton baseou-se sempre nos resultados da observação direta e evitou utilizarhipóteses especulativas. Manteve-se por isso ambivalente durante muito temporelativamente à verdadeira natureza da luz.Seria a luz de natureza corpuscular – constituida por um fluxo de partículas,como alguns defendiam? Seria a luz uma onda num meio omnipresente, o éter?Com 23 anos, Newton iniciou suas famosas experiências de dispersão:

Consegui um prisma triângular de vidro para, com ele, aceder aos célebres fenômenos cromáticos

Newton concluiu que a luz branca deviaser composta por uma mistura de todauma gama de cores independentes.Defendeu que os corpúsculos de luzassociados às várias cores geravam noéter vibrações características. Asensação do vermelho deviacorresponder à mais longa vibração doéter e a violeta à menor.

“Cada raio de luz tem, assim, dois lados opostos...’

Apesar do seu trabalho revelar uma curiosa propensão para, simultâneamente, abarcar as teorias ondulatória e de emissão (corpuscular), Newton tornou-se progressivamente adepto desta última. A razão principal para rejeitar a teoria ondulatória era, conforme afirmou então, o problema da propagação retilínea da luz, inexplicável em termos de ondas que se propagam em todas as direções.

Enquanto isso...

Huygens difundia largamente a teoriaondulatória. Foi capaz de explicar asleis da reflexão e da refração e chegoumesmo com base na teoria ondulatóriaa dupla refração na calcite, quandodescobriu os fenômenos depolarização:

Assim como há duas refraçõesdistintas, parece-me que devem

Christiaan Huygens (1629-1695)

distintas, parece-me que devemtambém existir duas emanações dasondas de luz...

Muitos acreditavam que a luz se propagasse instantaneamente, noção esta que retrocedia, no mínimo, até Aristóteles. Romer mostrou que a velocidade da luz era finita.

A lua mais próxima de Júpiter, Io, temuma órbita à volta daquele planetaque está aproximadamente no planoda órbita deste em torno do sol.Observando-se o diâmetro aparentede Júpiter, era possível saber como adistância deste à Terra, r(t), mudava

Ole Christensen Romer (1644-1710)

distância deste à Terra, r(t), mudavacom o tempo. Como o intervalo entreduas eclipses consecutivas variavacom o tempo, associou-se estavariação à velocidade de propagaçãofinita da luz, de acordo com , de ondeobteve-se 2,3 x 108 m/s.

Hipparchus shown here with a telescope and Hipparchus shown here with a telescope and

other astronomical instruments

Nota

A palavra telescópio foi inventada por

Demiscianus, um estudioso grego . Federigo

Cesi, fundador da Accademia dei Lincei pediu

à Demiscianus um nome para o instrumento

ótico e Demiscianus juntou a palavra tele

“longe" e skopeuein “ver”

Conclusão intermediáriaConclusão intermediária

O grande peso da opinião de Newton abafou a teoria ondulatória durante o século

dezoito, silenciando todos menos seus defensores mais acérrimos. Muitos continuavam

sujeitos ao dogma estabelecido, e poucos tinham uma atitude não conformista e

seguiam uma filosofia experimental própria, como certamente teria feito Newton.

O século XIX O século XIX

Entre os anos de 1801 e 1803, YoungApresentou comunicações à Royal SocietyDefendendo a teoria ondulatória e incorpo-rando-lhe um novo conceito fundamental, ochamado princípio de interferências:

Quando duas ondulações, com origens diferentes, se propagam exata ou muitoaproximadamente ao longo da mesma

Thomas Young (1773-1829)

aproximadamente ao longo da mesma direção, o seu efeito conjunto é uma combinação dos movimentos de cada uma.

Desenho original de Young

Explicou as franjas coloridas de películas delgadas e determinou osComprimentos de onda de várias cores utilizando os dados de Newton.Muito embora Young sempre tivesse afirmado que suas idéias se apoiavam no trabalho de Newton, nem por isso deixou de ser severamente atacado. Numa série de artigos, provavelmente escritos por Lord Brougham, na Edinburgh Review, as comunicações de Young foram consideradas “destituídas de qualquer espécie de mérito”.

Nasceu em Broglie, na Normandia, e iniciouOs seus trabalhos sobre a teoria ondulatóriaNa França, independente de Young. UnificouOs conceitos de Huygens ao principio deInterferências. A propagação de uma ondaPrimária foi modelizada em termos de Sucessivas ondas esféricas secundárias,Que se sobrepõem e interferem. Nas palavrasDe Fresnel:

As vibrações de uma onda luminosa em

Augustin Jean Fresnel (1788-1827)

As vibrações de uma onda luminosa emQualquer ponto, podem ser consideradasComo soma dos movimentos elementaresQue lhe são transmitidos no mesmo instante,Em virtude da ação independente de todasAs partes da onda não obstruída, em qualquerUma das das suas posições anteriores.

Estas ondas eram consideradas longitudinais,Por analogia com as ondas acústicas .

Poisson usou as equações de Fresnel para demonstrar que elas fazem uma predição absurda: Se um feixe fino de luz fosse espalhado por um pequeno objeto, as ondas difratariam em torno do objeto e interfeririam no meio da sombra do objeto, produzindo uma mancha brilhante.

Simeon Poisson (1781-1840)

Quando conheceu os trabalhos anteriores de Young, Fresnel ficouDesapontado e escreveu a Young, se dizendo consolado por se encontrarEm tão boa compania.

Em 1808 Malus, um engenheirofrancês, olhando através um cristalde calcite a luz do sol poenterefletida nas janela do Palácio deLuxemburgo em Paris, percebeuque a dupla Lateralidade da luz(polarização) era aparente nosfenômenos de reflexão.

Etienne Louis Malus (1775-1812)

Por quê ângulo de Brewster e não ângulo de Malus?

Malus escreveu: “ Oângulo no qual a luzexperimenta estamodificação quando érefletido nas superfíciesrefletido nas superfíciesdos corpos transparentesé diferente para cada umdeles. Em geral, é maiorpara corpos que refratammais a luz”

Por quê ângulo de Brewster e não ângulo de Malus?

Uma lei quantitativa foi dada pelo escocês David Brewster (1781-1868), umCientista amador ( e inventor do caleidoscópio), compilando os índices de refraçãoE ângulos de polarização de centenas de materiais

1

2

n

ntg B =θ

A primeira medida da velocidade da luz foi feita em 1849 por Fizeau. O dispositivo consistia numa rodaDentada em rotação e num espelho distante (8633 m),Montado nos arredores de Paris. Um impulso luminosoPassava através de uma abertura da roda, incidia no Espelho e regressava. Ajustando a velocidade de rotaçãoDa roda, o impulso refletido podia passar através de umaDas aberturas. Fizeau obteve o valor 315300 km/s.

Foucault esteve envolvido na determinação experimental da velocidade da luz com Fizeau. Baseado em um trabalho de Arago, Foucault anunciou perante a Academia de Ciências, que a velocidade da luz na água era menor do que no ar. Este resultado entrava em conflito direto com a formulação newtoniana da teoria corpuscular e representava um golpe muito duro para os seus poucos

Jean Bernard Foucault (1819-1868)

muito duro para os seus poucos devotos.

O estudo da eletricidade e do magnetismo estava sendo feito em paralelo com a ótica. Em 1845 Faraday, experimentador reputado, estabelecia a relação entre o eletromagnetismo e a luz, ao descobrir que a direção de polarização de um feixe podia ser alterada por um campo magnético intenso.

Michael Faraday (1791-1867)

Maxwell agregou brilhantemente todos os conhecimentos experimentais acumulados sobre os fenômenos elétricos e magnéticos num conjunto único de equações matemáticas. Com base nesta notável síntese sucinta e simétrica, Maxwell foi capaz de mostrar teoricamente que o campo eletromagnético se podia propagar como uma onda no éter e obteve a sua velocidade de

t

DjB

t

BE

B

E

oo∂

∂+=×∇

=∂

∂+×∇

=∇

=∇

rrrr

rr

rr

rr

rr

µµ

ε

ρ

0

0.

.

James Clerk Maxwell (1831-1879)

éter e obteve a sua velocidade de propagação em termos das propriedades elétricas do meio.

Do século XX até agoraDo século XX até agora

Jules Henri Poncaré (1854-1952) foi, talvez o primeiro a compreender todasAs verdadeiras implicações da inexistência de quaisquer efeitos experimentaisDo movimento da Terra relativo ao éter. Afirmou em 1900:

O éter existirá na realidade ? Não acredito que observações mais precisas possamAlguma vez revelar algo mais do que movimentos relativos.

Em 1905, Einstein apresentou a suateoria da relatividade restrita, com a qualtambém ele, e independentemente,rejeitava a hipótese do éter:

A introdução de um éter será supérfula, uma vez que o ponto de vista aqui Desenvolvido não requer seque um espaço em repouso absoluto.

Einsten postulou ainda:

A luz se propaga no vácuo com uma velocidade bem definida c, independenteDo estado de movimento do emissor.

Albert Einstein (1879-1955)

As experiências de Fizeau, Airy e Michelson-Morley, foram então aplicadas muito naturalmente dentro do quadro da cinemática relativística de Einstein. Sem poder recorrer ao éter, os físicos tinham muito simplesmente de se habituar `a idéia de que as ondas eletromagnéticas podiam propagar através do espaço livre – não havia outra alternativa!

A luz agora era encarada com uma onda que se auto-sustinha e o ênfaseConceitual passava do éter para o campo. A onda eletromagnética tornou-se uma entidade própria.

Em 19 de outubro de 1900, Max Karl Ernst Ludwig Planck (185801947),Apresentou uma comunicação à Sociedade de Física Alemã, na qual Introduziu os principios do que iria ser uma nova e decisiva revolução No pensamento científico – os principios da mecânica quântica, uma Teoria sobre os fenômenos em escala muito pequena.

Também em 1905 (ano milagroso) com base nas hipóteses de Planck, Einstein propôs uma nova teoria Corpuscular, segundo a qual a luz seria constituida por glóbulos ou Partículas de energia.

"Whew!!! That last lens storm was a tough one, Lightsteed.Our thanks to the Great Photon Fairy that we can speed up after the passage."

MASERS E LASERSMASERS E LASERS

O M.A.S.E.R. de Townes (1954) O primeiro laser de ruby (1960) de T.H. Maiman

FREE ELECTRON LASERFREE ELECTRON LASER

Computadores operam através da sequência de bits

1 or 0

O equivalente quântico é o qubit

01 ba +=ψ

Esta é uma consequência bizarra da MQ, que permite um sistema

COMPUTAÇÃO QUÂNTICACOMPUTAÇÃO QUÂNTICA

Esta é a origem do gato de Schrondinger que pode estar vivo e morto ao mesmo tempo!

Esta é uma consequência bizarra da MQ, que permite um sistema Quântico estar em dois estados diferentes ao mesmo tempo!

Vários grupos no mundo estão trabalhando em computadores quânticos desde 1980.Um computador quântico é um aparelho que processa informação usando os principiosDa mecânica quântica

Os bits quânticos permitirão aocomputador quântico do futuro atingir umavelocidade de cálculo incomparável àsperformances atuais e ainda resolverproblemas até aqui não solucionados.

Física Atômica, Molecular e Ótica melhorando a saúde

Menor do que 30 cm decomprimento e 3 cm dediametro, a Medpen produz 5watts de potência de 980 nm(infravermelho). Funciona com

MEDPEN

(infravermelho). Funciona comuma bateria de 3 V por 20minutos.

Melhora da qualidade das imagens de satélites

O feixe de laser encontra uma camada átomos de Na a uma altitude de ~ 80 km.Os átomos de Na são formados pela quebra de meteoros entrando na atmosfera terrestre. Os átomos de Na

O céu noturno iluminado numa demonstração Estrela Guia (Guide Star) . O espalhamento inelástico dos feixes de laser o fazem visíveis.

terrestre. Os átomos de Na absorvem e então re-emitem parte da luz formando uma “estrela” artificial..

Se este estrela artificial está localizada na mesma posição no céu que um satélite passante, então a luz do objeto (visto pelo satélite) e a luz da estrela artificial estarão sujeitas a mesma distorção atmosférica.

‘Qualquer físico julga saber o que é umfóton. Eu passei a minha vida tentando sabero que é um fóton e ainda hoje não sei’

OsOs conhecimentosconhecimentos profundosprofundos nãonão sãosão fáceisfáceis dede obterobter.. PoucoPouco seseaprendeuaprendeu nosnos últimosúltimos trêstrês milmil anosanos emboraembora oo ritmoritmo dede aprendizagemaprendizagemsejaseja cadacada vezvez maismais rápidorápido.. ÉÉ maravilhoso,maravilhoso, dede fato,fato, assistirassistir aa mudançasmudançassutíssutís dada respostaresposta àà perguntapergunta queque permanecepermanece imutávelimutável::

o que é a luz?o que é a luz?o que é a luz?o que é a luz?

HechtHecht