A NATUREZA DA LUZ

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Parte I - A NATUREZA DA LUZ
Histórico
A velocidade da luz
Aspectos ondulatórios da luz
O que é uma onda, ondas transversais e longitudinais
A onda eletromagnética, velocidade, comprimento de onda
O espectro eletromagnético
Difração e interferência, a aproximação da ótica geométrica
Refração e reflexão
Lei de Snell, 
Dispersão, reflexão interna total, miragens
Princípio de Huygens & Lei de Snell
Polarização
Espalhamento
FGE 160- 2o. sem. 2007
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1. Histórico
Egito: espelhos de metal polidos
Grécia
estudos de Platão, Aristóteles, Demócrito e Pitágoras
Euclides, 300 AC, enunciado da Lei da Reflexão, estudos da refração, uso de vidros queimadores
1000 DC- Alhazen
Tratado sobre espelhos esféricos e parabolicos, descrição do olho humano
Final do século 13, tradução para o latim
Século 13- Alquimistas produzem películas finas que podem ser depositadas sobre o vidro para produzir espelhos
FGE 160- 2o. sem. 2007
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1. Histórico
Século 17 
1608- patente do telescópio solicitada por um holândes
Galileu faz observações astronômicas com seu próprio instrumento (luneta refratora)
Zacharias Jansen inventa o microscópio composto
Kepler (1611) – reflexão interna total, lei de refração para pequenos ângulos
1621- Lei de Snell, 
1657 – Fermat – dedução da lei de refração usando o princípio de tempo mínimo
Francisco Grimaldi, e Robert Hook, relatos do fenômeno de difração da luz
FGE 160- 2o. sem. 2007
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1. Histórico
1672- Modelo corpuscular 
“luz é constituída de um feixe de partículas”
Usando as leis da mecânica – refração e reflexão
Newton (1642- 1727)
FGE 160- 2o. sem. 2007
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1. Histórico
Descreve a decomposição da luz ao atravessar um prisma (dispersão)
1630 – constrói telescópios refletores para eliminar aberração cromática
Newton (1642- 1727)
FGE 160- 2o. sem. 2007
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1. Histórico
Modelo ondulatório
Deduz corretamente as leis de refração e refração
Descobre a dupla refração na calcita 
Explica outros fenômenos óticos; difração e interferência que não podiam ser explicados pelo modelo corpuscular
Christian Huygens
 (1629-1695)
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2. A natureza da luz
Difração e interferência
Thomas Young
(1773-1829)
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2. A Velocidade da Luz
Primeira estimativa – 1676 Olaf Roemer
 eclipse de Io, lua de Júpiter 
Período de revolução de Io; 42,5h
Período de revolução de Jupíter 12 anos terrestres
Revolução de180o da Terra=15o de Jupíter
c 2,1x108 m/s
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2. A Velocidade da Luz
Método de Fizeau 
Mais preciso, usando uma roda dentada
C=3,1x108 m/s
Teoria do eletromagnetismo
Previsão da existência de ondas eletromagnéticas
Propagação no vácuo, com velocidade igual a velocidade da luz no vácuo
Hertz - 1887
oito anos após a morte de Maxwell, comprovação da existência de ondas eletromagnéticas usando um circuito oscilante
James Clark Maxwell
1831-1879
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2. A velocidade da luz
Problemas
O que é o vácuo?
Como a luz pode se propagar no vácuo?
Teoria do éter
Fluido que preenche todo o espaço “vazio” no universo
Propriedades mecânicas contraditórias
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2. A velocidade da luz
Experiência de Michelson- Morley
A velocidade da luz não depende do movimento do observador?!
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2. A velocidade da luz
Mais problemas!!
Baseado no Trabalho de Planck(1900)
Einstein, 1905- luz é composta por fótons, transportando energia E=h
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Veleiro solar
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Solarsail_msfc.jpg
NASA study of a solar sail. The sail would be half a kilometre wide. 
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Veleiro solar
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Nano_Sail_D.jpg
A team from the NASA Marshall Space Flight Center (Marshall), along with a team from the NASA Ames Research Center, developed a solar sail mission called NanoSail-D which was lost in a launch failure aboard a Falcon 1 rocket on 3 August 2008. 
The NanoSail-D structure was made of aluminum and plastic, with the spacecraft massing less than 10 pounds (4.5 kg). The sail has about 100 square feet (9.3 m2) of light-catching surface. 
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2. A velocidade da luz
Qual é o modelo para a luz?
Mecânica quântica- onda e partícula
Experimentalmente verificamos ora a natureza natureza ondulatória, ora a natureza corpuscular, mas nunca as duas simultâneamente.
Princípio da Relatividade
A velocidade da luz é constante, independente do referencial, c=3x108 m/s.
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3 . Aspectos Ondulatórios da luz
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Ondas
3. Aspectos ondulatórios da luz
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Onda longitudinal
Onda sonora 
Onda mecânica em uma mola
3. Aspectos ondulatórios da luz
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Onda transversal
Propagação de uma perturbação, sem transporte de matéria
Na foto: a pequena bolinha presa à mola, oscila apenas verticalmente, enquanto a onda se propaga para a direita.
Não há deslocamento na direção de propagação da onda 
3. Aspectos ondulatórios da luz
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Princípio de Superposição
3. Aspectos ondulatórios da luz
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Frentes de onda 
3. Aspectos ondulatórios da luz
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Frentes de onda e raios de luz
Os raios de luz, indicados pelas setas, são perpendiculares à superfície da frente de onda e indicam a direção de propagação da onda.
3. Aspectos ondulatórios da luz
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Onda senoidal
v= f  
Onda eletromagnética no vácuo
v=c
3. Aspectos ondulatórios da luz
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Onda eletromagnética
3. Aspectos ondulatórios da luz
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O espectro eletromagnético
3. Aspectos ondulatórios da luz
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O espectro eletromagnético
Não tem limites definidos e nem lacunas.
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Algumas regiões conhecidas
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Luz do sol
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Sensibilidade do olho humano
Diferente para ambientes iluminados e não-iluminados
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34.7 Reflexão e Refração
Propagação retilínea óptica geométrica
(meio isotrópico)
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34.1 O Arco-íris de Maxwell
1831-1879
James Clerk Maxwell:
 raio luminoso = onda eletromagnética
 óptica (luz visível) = ramo do eletrom.
Meados do séc. XIX:
 espectro = UV-Vis + IR
Heinrich Hertz:
- gerou ondas de rádio
- velocidade = velocidade da luz visível
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Reflexão e Refração
Na interface entre dois meios.
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Reflexão e Refração
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Lei da reflexão
Raio refletido no plano de incidência
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Refração
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Lei da refração
(lei de Snell)
Índices de refração
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Resultados básicos
 
 
 
q1
q2
q2
q2
q1
q1
normal
normal
normal
n1
n1
n1
n2
n2
n2
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Índice de refração
Material			Índice de Refração* 
ar				1,0003
diamante			2,419
sílica fundida		1,458
quartzo			1,418
flint leve			1,655
		*para 589,29 nm
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Dispersão cromática
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Lei de Snell e dispersão
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Num prisma
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Arco-íris
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34.8 Reflexão interna total
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Reflexão interna total
quando
1
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Fibras ópticas
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Exercícios e Problemas
5. Na figura abaixo, um raio luminoso penetra em uma placa de vidro no ponto A e sofre reflexão interna total no ponto B. Qual o menor valor do índice de refração do vidro que é compatível com esta situação? 
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vidro
Ar
A
B
45,0o
q
a
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Ondas de rádio
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Ondas de rádio
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Pressão da Radiação Eletromagnética
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Ondas luminosas e raios X
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laser
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Raios X
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Difração
3. Aspectos ondulatórios da luz
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Interferência
3. Aspectos ondulatórios da luz
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Referências
www.lightandmatter.com
http://educar.sc.usp.br/otica/ 
http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/CLASS/BBoard.html
R. A . Serway, Física 3 para Cientistas e Engenheiros, 3ª. Edição. Editora Livros Técnicos e Científicos, (1996). Capítulo 35 
Sears e Zemansky- Física IV- Ótica e Física Moderna, 10ª. Ed., Addison Wesley (2004). Capítulo 34 
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aspectos ondulatórios da luz
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