FISICA CONCEITOS GERAIS SOBRE LUZ

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Ricardo Barthem
Instituto 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
Amplitude
A
Comprimento de Onda: λ
Velocidade: v
Freqüência: f = 1/T
= λf
Ondas -
Frentes
de Onda
Direção
de propagação
z
y
x
A
z
Onda plana
λ
Ondas – Frente de Onda
Península
Ibérica
M a
r r o
c o
s
África
Gibraltar
2 marés
Ceuta
Tanger
Estreito de Gibraltar
Comprimento
de Onda
Mar Mediterrâneo
O c
e a
n o
 A t
l â n
t i c
o
Comprimento
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
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
λ(m)
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
-11
-12
-13
10
-14
Rádio 1kc
OM
1km 1Mc
TV1m
Radar
Micro-
ondas1cm Movimento
de cargas
elétricas 
em 
condutores
Infra-
vermelho
1µm Moléculas
Vibrações
Rotações
Ultra-
violeta
1nm Elétrons
Camadas
Externas
Raio x1Å
Elétrons
Camadas
Internas
Raio γ
Cargas
Nucleares
c = λ f = c/λ
λB
E
Corpo Negro
( m)0.1 1 10 100λ µ
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
103
RT
W
cm m sr2µ .
⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟
-73oC
(200K)
127oC
(400K)
527oC
(800K)
927oC
(1200K)
2727oC
(3000K)
5727oC
(6000K)
Lâmpada Incandescente O espectro luminoso
O espectro luminoso
O efeito da dispersão da luz
A velocidade da luz na matéria
varia 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 - Polarização
Polarização
Longitudinal
Som
Polarização
Transversal
Ondas P
(primária)
Terremoto
Ondas S
(secundária)
Polarização
Longitudinal
Ondas - Polarização
y
x
z
E
E
Polarização
Linear Vertical
y
x
linear
90o
y
x
0o
y
x
45o
y
x
circular
Polarização
Linear Horizontall
Luz - Polarização
P
45o
v
vb≠v↔
v
P’ (-45o)
BirrefringênciaLuz - Polarização
Ondas - Interferência
C
o
n
s
t
r
u
t
i
v
a
D
e
s
t
r
u
t
i
v
a
R
e
f
l
e
x
ã
o
InterferênciaOndasOndas - Interferência: Batimento
Ondas - Interferência em Cavidades
RessonânciaCorda fixa
λ1 = 2L
L
λ2 = 2L/2λ3 = 2L/3λ4 = 2L/4λn = 2L/n
LASEREspelho
100%
Espelho
>95%
Tubo contendo
gás rarefeito
+ -Eletrodosmetálicos
Ondas - Interferência em Cavidades
RessonânciaCorda fixa
O modelo de Huygens
Comprimento 
de onda
A fenda simplesFrente de onda
I
Abertura ~
comprimento
de onda
Ondas - Difração
M8
Ondas - Interferência
Ondas - Interferência
Ondas - Difusão da Luz
Caixa contendo moléculas
Distribuição estatística
dd
Variações aleatórias
no índice de refração
λv>d
λA~d
Difusão de Rayleigh
Ondas - Difusão da Luz
← Observadora
← Fonte de Luz
Luz não polarizada →
Luz polarizada →
Espalhamento
devido à poeira
em suspensão
↓
↑
Espalhamento
devido às gotículas
de 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 Geométrica
dimensões » comprimento de onda
Ondas - Formação de Imagens
Ondas - Formação de Imagens
Aparelho Fotográfico
feito com uma caixa de papelão 
Orifício
Objeto
Raios luminosos
óptica geométrica
Limitação na Resolução da Imagem:
• diâmetro do orifício
• difração
Ondas - Formação de Imagens
Detector
Natureza Quântica da Luz
Experimento de Hertz 1887
- efeito fotoelétrico: natureza quântica da luz
fonte de 
descargas 
elétricas
- existência da onda eletromagnética
Natureza Quântica da Luz
Espectro atômico
hf1 hf2
h = constante de Planck
= 6,626x10-34 J.s
Emissão - Luminescência
Hg
4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000
λ (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