Ricardo BarthemInstituto de Física - UFRJ

26 de julho de 2006IV Escola do CBPFIV Escola do CBPFIV Escola do CBPF

A Luz“como uma onda no mar”

- Periódicas:freqüência, comprimento de onda e velocidade

- Polarização-Interferência e Difração : formação de imagens

As propriedades de uma onda

AmplitudeA

Comprimento de Onda: λ

Velocidade: v

Freqüência: f = 1/T

= λf

Ondas -

Frentesde Onda

Direçãode propagação

z

yx

A

z

Onda plana

λ

Ondas – Frente de Onda

PenínsulaIbérica

Marroc

os

África

Gibraltar

2 marésCeuta

Tanger

Estreito de GibraltarComprimentode Onda

Mar Mediterrâneo

Oceano

Atlânti

coComprimento

de Onda

Carga elétrica →

Campo elétrico →

C

EE

E E

E E

A Natureza Eletromagnética da LuzA Natureza Eletromagnética da Luz

O espectro eletromagnético

ν(Hz)103

456789

10111213141516171819202122

λ(m)

543210

-1-2-3-4-5-6-7-8-9

-10-11-12-13

10

-14

Rádio 1kc

OM1km 1Mc

TV1m

Radar

Micro-ondas1cm Movimento

de cargaselétricas

em condutores

Infra-vermelho

1µm MoléculasVibraçõesRotações

Ultra-violeta

1nm ElétronsCamadasExternas

Raio x1ÅElétrons

CamadasInternas

Raio γCargas

Nucleares

c = λ f = c/λ

λB

E

Corpo Negro

( m)0.1 1 10 100λ µ10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

103

RTW

cm m sr2µ .⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

-73oC(200K)

127oC(400K)

527oC(800K)

927oC(1200K)

2727oC(3000K)

5727oC(6000K)

Lâmpada Incandescente O espectro luminoso

O espectro luminosoO efeito da dispersão da luz

A velocidade da luz na matériavaria de uma cor para outra.

Quanto mais a velocidade é reduzida,maior será o desvio na sua propagação.

Gota de águaO Arco-Íris

42o

Ondas - PolarizaçãoPolarizaçãoLongitudinal

Som

PolarizaçãoTransversal

Ondas P(primária)

Terremoto

Ondas S(secundária)

PolarizaçãoLongitudinal

Ondas - Polarização

yx

z

E

E

PolarizaçãoLinear Vertical

y

x

linear

90o

y

x

0o

y

x

45o

y

x

circular

PolarizaçãoLinear Horizontall

Luz - Polarização

P

45o

vvb≠v↔

v

P’ (-45o)

BirrefringênciaLuz - Polarização

Ondas - Interferência

Con

stru

tiva

Des

trut

iva

Ref

lexã

o

InterferênciaOndasOndas - Interferência: Batimento

Ondas - Interferência em CavidadesRessonânciaCorda fixa

λ1 = 2LL

λ2 = 2L/2λ3 = 2L/3λ4 = 2L/4λn = 2L/n

LASEREspelho100%

Espelho>95%

Tubo contendogás rarefeito

+ -Eletrodosmetálicos

Ondas - Interferência em CavidadesRessonânciaCorda fixa

O modelo de HuygensComprimento

de onda

A fenda simplesFrente de onda

I

Abertura ~comprimento

de onda

Ondas - DifraçãoM8

Ondas - Interferência

Ondas - Interferência

Ondas - Difusão da Luz

Caixa contendo moléculas

Distribuição estatística

dd

Variações aleatóriasno índice de refração

λv>d

λA~dDifusão de Rayleigh

Ondas - Difusão da Luz

← Observadora

← Fonte de Luz

Luz não polarizada →

Luz polarizada →

Espalhamentodevido à poeiraem suspensão

↓

↑Espalhamento

devido às gotículasde água em suspensão

λ<d → reflexão

Terra

A Cor do CA Cor do CA Cor do Céééuuu

A lente Atmosférica

O Por do Sol

O Por do Sol

Óptica Geométricadimensões » comprimento de onda

Ondas - Formação de Imagens

Ondas - Formação de Imagens

Aparelho Fotográficofeito com uma caixa de papelão

Orifício

Objeto

Raios luminososóptica geométrica

Limitação na Resolução da Imagem:• diâmetro do orifício• difração

Ondas - Formação de Imagens

Detector

Natureza Quântica da LuzExperimento de Hertz 1887

- efeito fotoelétrico: natureza quântica da luz

fonte de descargas elétricas

- existência da onda eletromagnética

Natureza Quântica da LuzEspectro atômico

hf1 hf2

h = constante de Planck= 6,626x10-34 J.s

Emissão - Luminescência

Hg

4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000λ (Å)

Absorção - Cor

4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000

Cr3+-Al2O3

Rubi

O Espectro SolarO Espectro Solar

A Sensação da CorA Sensação da Cor

Adição

Subtração