Teorias da Luz

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FÍSICA:ONDULATÓRIA E ÓPTICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Olá! 
Tanto a teoria corpuscular quanto a teoria ondulatória da luz foram 
essenciais para o desenvolvimento dos conceitos que sustentam a dualidade 
partícula-onda da luz. A teoria corpuscular explica o comportamento da luz em 
fenômenos como refração, reflexão e decomposição. Isaac Newton, entre outros, 
fez contribuições significativas para essa teoria. Por outro lado, a teoria ondulatória, 
baseada nas investigações de Thomas Young, demonstrou que a luz pode sofrer 
difração e interferência, evidenciando seu comportamento ondulatório. 
Neste módulo, você estudará as definições de luz ao longo da história, 
explorando a teoria corpuscular (comportamento de partícula) e a teoria ondulatória 
(comportamento de onda). 
 
Bons estudos! 
AULA 07 – 
A TEORIA 
ONDULATÓRIA DA 
MATÉRIA 
 
 
 
7 EVOLUÇÃO DA TEORIA CORPUSCULAR E ONDULATÓRIA DA LUZ 
Na Grécia clássica, o interesse pela natureza da luz não era científico. Nessa 
época, o interesse pelos assuntos de “óptica” eram fisiológicos, físico-filosóficos e 
matemáticos (SERWAY; JEWETT JR., 2012). Os gregos atomistas foram os primeiros 
a defender a ideia de que a luz tem um comportamento corpuscular. Segundo essa 
teoria, a luz é composta por partículas discretas chamadas corpúsculos, que seguem 
trajetórias retas com velocidade finita e limitada (NUSSENZVEIG, 2014). A Figura 1 
ilustra o comportamento da luz e o olho humano, mostrando sua trajetória retilínea. 
Figura 1- Propagação da luz oriunda de um corpo e viajando até os olhos de um 
observador 
Fonte: Maury (2012, documento on-line). 
A primeira teoria matemática desenvolvida para explicar o fenômeno da luz foi 
de Euclides de Alexandria, que apresentou uma fundamentação geométrica da óptica. 
Euclides se preocupou apenas com o que podia ser observado e expressado 
geometricamente. René Descartes foi quem deu a primeira contribuição moderna 
sobre a compreensão da natureza da luz. Isaac Newton também se envolveu com as 
questões da óptica, elaborando a teoria mais bem aceita cientificamente na época. 
Ele propôs que a natureza da luz era material, composta por um fluxo de 
partículas microscópicas que se propagavam a partir de fontes luminosas (CARUSO 
NETO; OGURI, 2006). Newton conseguiu decompor a luz com um prisma e recompô-
la usando outro prisma. Mais tarde, com base na teoria ondulatória, foi estabelecido 
que cada cor possui um comprimento de onda distinto (TIPLER, 1995). A Figura 2 
ilustra o fenômeno da decomposição da luz a partir de um prisma. 
 
 
 
Figura 2 - Incidência de luz branca sobre prisma seguida da decomposição da luz 
nas cores do espectro eletromagnético 
Fonte: Phoenix (2015, documento on-line). 
Quando a luz muda de meio e encontra um índice de refração diferente, cada 
cor do espectro viaja com diferentes velocidades e comprimentos de onda. Em seu 
livro "Micrographia", publicado em 1665, Robert Hooke relatou que a luz é constituída 
por frentes de onda perpendiculares à direção de propagação dos raios e que, quando 
a luz incide obliquamente em um meio refringente, a frente de onda se inclina em 
relação à direção de propagação. Segundo Hooke, esse fenômeno ocorre devido à 
diferença entre as velocidades da luz nos diferentes meios (MARTINS; SILVA, 2015). 
O físico Christiaan Huygens também contribuiu para as descobertas sobre os 
fenômenos de refração e reflexão, retomando o ponto de vista de Hooke. Em seguida, 
foram feitas investigações sobre a difração e interferência da luz. No caso da difração, 
o físico Francesco M. Grimaldi cunhou o termo para descrever o fenômeno pelo qual 
a luz é visível em regiões que deveriam estar na sombra (CARUSO NETO; OGURI, 
2006). Já o fenômeno da interferência da luz foi inicialmente estudado pelos físicos 
Robert Boyle e Robert Hooke. Eles observaram que, quando a luz se superpunha em 
uma mesma região do espaço, formava-se uma nova onda com intensidade diferente. 
A Figura 3 ilustra o fenômeno da difração seguido da interferência da luz, 
resultando, da junção desses fenômenos, uma nova onda (SERWAY; JEWETT JR., 
2012). 
 
 
Figura 3 - Fenômeno da difração e da interferência de ondas luminosas 
Fonte: O que é luz? (1999, documento on-line). 
Define-se o fenômeno da difração como o espalhamento das ondas de luz 
quando atravessam uma pequena fenda ou barreira. Por outro lado, a interferência é 
o encontro e a superposição de duas ou mais ondas luminosas idênticas, que podem 
estar em fase (reforçando-se) ou fora de fase (anulando-se) (SERWAY; JEWETT JR., 
2012). 
O cientista Thomas Young obteve resultados significativos no estudo do 
comportamento da luz. Ele demonstrou que ao combinar feixes de luz provenientes 
de duas fontes diferentes e fazê-los incidir sobre um anteparo, eram observados 
padrões de intensidade semelhantes aos de interferência sonora. Essas observações 
levaram Young a concluir que os fenômenos luminosos são consistentes com o 
comportamento ondulatório (CARUSO NETO; OGURI, 2006). 
Ao se confirmar que a luz possui um comportamento corpuscular-ondulatório 
com base na mecânica quântica, as concepções sobre seu comportamento tiveram 
que ser ajustadas para incorporar o fato de que a luz pode se comportar tanto como 
matéria quanto como energia. Esta nova visão do mundo permitiu uma ampliação das 
possibilidades de cada evento, podendo este ocorrer ou não, e se envolver a detecção 
de partículas, é possível atribuir informações como posição e tempo a elas (EISBERG; 
RESNICK, 1983). 
Exemplo 1: Como vimos, a refração da luz, estudada por Isaac Newton, é o fenômeno 
 
 
que ocorre quando a luz pode ser transmitida de um meio para outro. Nessa mudança, 
a frequência do feixe luminoso não se altera, mas sua velocidade e seu comprimento 
de onda são alterados. Em virtude dessa alteração, o feixe é deslocado de sua 
trajetória. Com base na Figura 4, descreveremos o fenômeno da refração e 
enunciaremos a lei que a caracteriza. 
Figura 4 - Fenômeno da refração 
Fonte: Só Física (c2008-2020, documento on-line). 
A Figura 4 ilustra o fenômeno da refração, com raio 1 descrito como incidente, 
velocidade v1, comprimento de onda λ1 e frequência f. Já no meio 2, o raio é descrito 
como refratado, com velocidade v2, comprimento de onda λ2 e frequência f. Para 
descrever a refração, delimita-se uma linha tracejada normal à superfície. Com base 
nela, o ângulo formado entre o raio 1 e a reta normal é o ângulo de incidência. O 
ângulo formado entre o raio 2 e a reta normal é o ângulo de refração. 
O fenômeno da refração é descrito pela Lei de Snell-Descartes, com base na 
descrição, que foi feita anteriormente, e na Equação 1: 
n1 · sen (θ1) = n2 · sen (θ2) 
onde n1 e n2 são os índices de refração dos respectivos meios 1 e 2, e θ1 e θ2 são os 
ângulos de incidência e refração. 
 
 
7.1 Modelos corpuscular e ondulatório da matéria 
Isaac Newton baseou-se nas ideias dos gregos sobre o comportamento da luz 
para desenvolver suas teorias e demonstrar seu modelo corpuscular da luz. Segundo 
Newton, a luz consistia em um fluxo de partículas microscópicas emitidas por fontes 
luminosas. A Figura 5 ilustra a decomposição da luz branca nas cores do arco-íris, 
mostrando que cada feixe que alcança o olho humano é composto por um conjunto 
de partículas (SERWAY; JEWETT JR., 2012). 
Figura 5 - Luz visível branca decomposta nas cores do espectro eletromagnético e 
chegando aos olhos de um observador 
Fonte: Helerbrock (c2020, documento on-line). 
Na época de Isaac Newton, seu modelo mecânico explicava de maneira 
abrangente os fenômenos de interação da luz, alinhando-se com a concepção de 
mundo predominante ao tratar corpos materiais em movimento. Ele oferecia uma 
explicação sólida para fenômenos como refração e reflexão da luz, marcando um 
avanço significativo na ciência. Posteriormente,novos estudos sobre o 
comportamento da luz como partícula deram lugar à compreensão de seu 
comportamento dualístico, onda-partícula (EISBERG; RESNICK, 1983). 
As bases da teoria corpuscular encontram-se no fato de que a luz é composta 
de fótons — partículas componentes da luz, definidas como pacotes de energia e que 
transportam uma quantidade limitada de energia, o que leva ao conceito de 
quantização de energia. A definição matemática dos fótons foi formulada por Albert 
Einstein e pode ser expressa pela Equação 2: 
E = h × v 
 
 
Onde E é a quantidade de energia, h uma constante (a constante de Plank), e 
ν é a frequência da luz. Além da forma de representação da energia de um fóton, 
pode-se fazê-lo com base na sua massa, remetendo à famosa Equação de Einstein, 
mostrada na Equação 3: 
E = m × c2 
Onde E constitui a energia do fóton, m a sua massa (que só existe se o 
elemento estiver em movimento), e c, a velocidade do fóton, tida como a velocidade 
da luz (EISBERG; RESNICK, 1983). 
Nos processos de interação da radiação luminosa com a matéria, diversos 
experimentos têm eficientemente comprovado o comportamento corpuscular da luz, 
como o efeito fotoelétrico e o efeito Compton. Ambos envolvem o espalhamento ou 
absorção da radiação pela matéria. Nestes experimentos, foi verificado que a luz 
manifesta um comportamento de partícula durante sua interação com a matéria 
(CARUSO NETO; OGURI, 2006). 
Efeito fotoelétrico: natureza corpuscular da luz 
Para confirmar a existência de ondas eletromagnéticas e validar a Teoria de 
Maxwell, o físico Heinrich Hertz propôs o experimento conhecido como efeito 
fotoelétrico. Neste fenômeno, elétrons são emitidos por um material metálico quando 
exposto à luz de frequência conhecida e alta, como a radiação ultravioleta. Ao incidir 
sobre o material, essa radiação é capaz de arrancar elétrons dele, os quais são 
chamados de fotoelétrons (EISBERG; RESNICK, 1983). A Figura 6 exibe o efeito 
fotoelétrico, mostrando que a incidência de luz promove a retirada de fotoelétrons de 
um material metálico. 
Figura 6 - Efeito fotoelétrico 
 
 
 
Fonte: Gratispng (c2020, documento on-line). 
O efeito fotoelétrico exemplifica a transferência de energia da radiação 
luminosa para a matéria, utilizando-se do comportamento corpuscular da luz. Neste 
experimento, os elétrons de um material metálico são removidos de sua posição 
devido ao impacto dos fótons, desde que estes possuam uma frequência superior a 
um limite específico. Abaixo desse limite, não ocorre emissão de elétrons (CARUSO 
NETO; OGURI, 2006). 
Para explicar o fato de que a luz pode ejetar elétrons mesmo que sua 
intensidade seja baixa, o físico Albert Einstein propôs que um feixe de luz não se 
tratava de uma onda, mas de um conjunto de pacotes de ondas de energia discretas 
denominadas fótons (NUSSENZVEIG, 2014). 
Modelo ondulatório para radiações eletromagnéticas 
O modelo ondulatório da luz emergiu dos estudos de James Clerk Maxwell. 
Com sua teoria eletromagnética, ele demonstrou que o comportamento da luz, sendo 
uma forma de onda eletromagnética, não era corpuscular, mas sim ondulatório 
(CARUSO NETO; OGURI, 2006). 
Segundo a teoria eletromagnética de Maxwell, ambos os campos elétrico e 
magnético podem sustentar se mutualmente, ao se propagarem. Nesse propagar, a 
junção dos campos constitui uma radiação eletromagnética, como ondas de rádio, 
micro-ondas, raios-x e luz visível, entre outras. É por apresentarem um 
comportamento ondulatório que as radiações eletromagnéticas são chamadas de 
ondas eletromagnéticas (HALLIDAY; RESNICK; WALKER, 2012). 
A Figura 7 ilustra como uma onda eletromagnética se propaga, mostrando o 
 
 
comportamento de ambos os campos (elétrico e magnético) que formam a onda. 
Figura 7- Direção de propagação dos campos elétrico e magnético, que compõem 
uma onda eletromagnética 
Fonte: IMA (c2018, documento on-line). 
Uma onda eletromagnética pode se propagar no vácuo sem a necessidade de 
um meio material. O que Maxwell descobriu e demonstrou foi que a velocidade de 
propagação dessa onda é constante, denominada velocidade c, que hoje é conhecida 
como velocidade da luz, aproximadamente 3×108 m/s. Esta velocidade pode ser 
representada matematicamente pela Equação 4, que mostra a dependência dessa 
grandeza física das constantes que caracterizam os campos elétrico e magnético: 
Onde ε0 e μ0 constituem as constantes de permissividade elétrica e 
permeabilidade magnética, cujos valores são 8,85 × 10-12 F/m e 4π × 10-7 T · m/A, 
respectivamente (HALLIDAY; RESNICK; WALKER, 2012). 
Uma onda eletromagnética, por ser constituída por fótons, não é capaz de 
interagir com campos elétricos e magnéticos por onde passa, o que leva a crer que a 
luz, na sua forma ondulatória, não sofre desvios ao passar próximo a um corpo 
eletrizado e que apresenta um campo elétrico, ou mesmo de um polo magnético 
(CARUSO NETO; OGURI, 2006). 
Embora os conceitos corpuscular e ondulatório da luz tenham sido mostrados 
separadamente, hoje já se sabe que a luz possui um comportamento dual, ou seja, 
 
 
pode ser onda e partícula. Essa é uma característica de corpos de dimensões 
microscópicas, como é a luz, que pode ser descrita nas bases da mecânica quântica. 
O tratamento dado na mecânica quântica permite que se compreendam fenômenos 
físicos subatômicos que se comportam tanto como partículas quanto como ondas 
(HALLIDAY; RESNICK; WALKER, 2012). 
Neste módulo, vimos as diferenças entre as formas corpuscular e ondulatória 
da luz, diferenciando ambos os modelos conforme o tipo de interação da luz. No 
experimento do efeito fotoelétrico, ficou claro que a interação da luz com a matéria era 
do tipo corpuscular, pois os fótons (pacotes de energia) foram comparados a 
pequenos corpúsculos, individualmente. Já a Teoria de Maxwell provou ser a luz uma 
onda eletromagnética, com características ondulatórias ao interagir com a matéria. No 
próximo módulo, veremos como a luz pode ser aplicada em diversos contextos, 
considerando sua dualidade partícula-onda. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
CARUSO NETO, F.; OGURI, V. Física moderna: origens clássicas e fundamentos 
quânticos. Rio de Janeiro: Elsevier, 2006. 
EISBERG, R. M.; RESNICK, R. Física quântica: átomos, moléculas, sólidos, núcleos 
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GRATISPNG. Luz, efeito fotoelétrico, a radiação dos corpos negros png. [S. l.]: 
gratispng.com, c2020. Disponível em: https://shre.ink/DKjF. Acesso em: 25 jun. 2024. 
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de física. 9. ed. Rio de 
Janeiro: LTC, 2012. 
MARTINS, R. A.; SILVA, C. C. As pesquisas de Newton sobre a luz: Uma visão 
histórica. Rev. Bras. Ensino Fís. v. 37 n.4. São Paulo Oct. /Dec. 2015. 
MAURY, A. L. Física e filosofia do nosso mundo. [S. l.]: Ana Lucia Maury, 2012. 
Disponível em: https://shre.ink/DK7T. Acesso em: 25 jun. 2024. 
NUSSENZVEIG, H. M. Curso de física básica. 5. ed. São Paulo: Blucher, 2014. 
O QUE é luz? Rio de Janeiro: UFRJ, 1999. Disponível em: https://shre.ink/DK3S 
Acesso em: 25 jun. 2024. 
PHOENIX. O espectrógrafo. Belo Horizonte: Phoenix, 2015. Disponível em: 
https://shre.ink/DK3E. Acesso em: 25 jun. 2024. 
SERWAY, R. A.; JEWETT JR., J. W. Física para cientistas e engenheiros: luz, 
óptica e física moderna. São Paulo: Cengage Learning, 2012. 
SÓ FÍSICA. Leis da refração da luz. [S. l.]: Só Física, c2008-2020. Disponível em: 
https://shre.ink/DK3H. Acesso em: 25 jun. 2024. 
TIPLER, P. A. Física: para cientistas e engenheiros. 3. ed. Rio de Janeiro: Guanabara 
Koogan, 1995. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
	7 EVOLUÇÃO DA TEORIA CORPUSCULAR E ONDULATÓRIA DA LUZ
	7.1 Modelos corpuscular e ondulatório da matéria
	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS