RELATÓRIO - Vitor Souza Premoli - Optica Polarização da Luz

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Polarização da luz 
Vitor Souza Premoli Pinto de Oliveira 
 
Física exp. II – Licenciatura em Física – CCENS 
Universidade Federal do Espírito Santo – UFES 
2019/02 - Alegre-ES 
 
 
Resumo. O presente relatório tem como objetivo a analise acerca do fenômeno de polarização da 
luz, tendo como objeto de estudo a pratica oriunda de polarizadores, bem como a exploração do 
uso do ângulo de Brewster; não obstante, será produzido uma discussão do efeito de rotação de 
Faraday e sua relação com o uso de polarizadores. 
 
Palavras chave: Polarizadores, Ângulo de Brewster, Rotação de Faraday 
_______________________________________________________________________________________ 
1. Introdução 
A polarização é uma característica de uma 
onda eletromagnética que tem como função 
indicar a orientação dessa onda. Sempre se usa 
como direção de uma polarização de onda como 
base o vetor campo elétrico �⃗� ,à medida que este 
se propaga num meio material, e não o vetor 
campo magnético �⃗� . Isso se deve “pois 
 
 
 
quase todos os detectores de ondas 
eletromagnéticas funcionam pela ação da força 
elétrica sobre os elétrons do material e não pela 
ação da força magnética” [1]. Dessa forma, por 
exemplo, quando o campo elétrico (e, 
consequentemente o campo magnético) oscila 
em uma única direção, diz-se que a luz é 
linearmente polarizada, ou plano polarizada
 
Figura 1 [1] Polarização linear, [2] Polarização circular, [3] Polarização elíptica 
 
Existem outros tipos de polarização, tal 
como é retratado na figura 1, podendo estar 
comportado de forma linear, circular ou 
elíptica. Ondas produzidas por emissoras de 
rádio, por exemplo, são em geral linearmente 
polarizadas. 
Para a luz visível, a situação é diferente. 
Fontes comuns de luz, tais como lâmpadas 
emitem ondas eletromagnéticas que não são 
polarizadas. Dessa forma, a sua propagação 
acaba sendo em todas as direções transversais 
possíveis. 
1.1. Filtros polarizadores 
Para produzir um feixe de luz polarizada a 
partir de uma fonte de luz não polarizadas 
(denominada também de luz natural) é 
necessário literalmente de um filtro polarizador 
que tem como função passar somente uma 
componente da onda com polarização em 
determinada direção. 
O filtro mais comum responsável por isso é 
o chamado polaroide (nome derivado da marca 
registrada Polaroid). “Desenvolvido 
inicialmente pelo cientista norte-americano 
Edwin H. Land, esse material apresenta uma 
propriedade chamada dicroísmo, uma absorção 
seletiva na qual um dos componentes da onda é 
absorvido muito mais acentuadamente do que o 
outro” 
 
Figura 2 Luz natural incidindo sobre um 
polaroide 
Portanto, assim como é mostrada na figura 2, 
quando um feixe de luz natural atinge o 
polarizador, apenas uma componente da onda é 
emitida, nesse caso a indicada pelo eixo de 
polarização, e o resto é absorvida pelo aparelho. 
1.2. Polarização por reflexão 
A luz natural pode ser polarizada 
parcialmente ou totalmente por meio da 
reflexão. 
Quando a luz não polarizada incide sobre 
uma superfície refletora, observa-se que existe 
uma reflexão preferencial para as ondas em que 
o vetor campo elétrico vibra 
perpendicularmente ao plano de incidência. 
Para um determinado ângulo de incidência 𝜃𝑃, 
denominado ângulo de Brewster (ou ângulo de 
polarização, observa-se que a luz refletida é 
linearmente polarizada na direção 
perpendicular ao plano de incidência e o feixe 
refratado é parcialmente polarizado, 
paralelamente ao plano de incidência, assim 
como é mostrada na figura 3. 
 
 
 
Figura 3 Luz incidindo sobre uma superfície refletora e sofrendo polarização 
 
“Em 1812, o cientista inglês sir David 
Brewster descobriu que, quando o ângulo de 
incidência é igual ao ângulo de polarização 𝜃𝑃, 
o raio refletido é perpendicular ao raio 
refratado” [2]. Dessa forma, tendo a figura 3 
como referência, podemos dizer que 𝜃𝑏 =
90° − 𝜃𝑃 . Se usarmos a lei de Snell com base 
nisso, podemos ver que: 
𝑛𝑎𝑠𝑒𝑛𝜃𝑃 = 𝑛𝑏𝑠𝑒𝑛𝜃𝑏 (1) 
 
𝑛𝑎𝑠𝑒𝑛𝜃𝑃 = 𝑛𝑏𝑠𝑒𝑛(90 − 𝜃𝑃) = 𝑛𝑏𝑐𝑜𝑠𝜃𝑃(2) 
 
𝑇𝑔𝜃𝑃 =
𝑛𝑏
𝑛𝑎
 (3) 
𝜃𝑃 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 (
𝑛𝑏
𝑛𝑎
) (4) 
 
Dessa forma, conseguimos uma relação que 
nos indicará o ângulo responsável por polarizar 
a luz, ou melhor dizendo, o próprio ângulo de 
Brewster. 
1.3. Rotação de Faraday 
Ainda se tratando de polarização, um efeito 
que será estudado no presente relatório é o 
chamado “rotação de Faraday”. O efeito “foi 
observado em 1845 por Michael Faraday em um 
pedaço de material vítreo colocado entre os 
polos de um eletroímã” [3]. 
o mesmo se trata de um efeito ótico-
magnético em que o plano de polarização de 
uma onda eletromagnética sofre uma rotação à 
medida que a luz passa através de certos 
materiais e é exposta a um campo magnético 
paralelo a sua direção de propagação. A 
aplicação desse efeito vai desde analisar 
misturas de hidrocarbonetos ou até fazer 
moduladores óticos. 
2. Procedimento Experimental 
2.1. Polarização da luz– 
experimento 1 
Para utilização foram usados os seguintes 
materiais: 
• 01 base metálica com duas mantas 
magnéticas. 
• 01 fonte de luz branca 
• 01 lente cristal convergente 
biconvexa com Ø 6cm e distância 
focal de 12cm, 
• 04 cavaleiros metálicos; 
• 01 diafragma com uma fenda; 
• 01 anteparo para projeção; 
• 02 polaroides. 
Primeiramente, foi colocado sobre a base 
metálica um cavaleiro metálico com lente 
convergente de distância focal 12cm e fixado no 
cavaleiro o diafragma com uma fenda. Após, foi 
colocar na extremidade da base metálica um 
anteparo para projeção e conseguinte ligado a 
fonte de luz. Logo após, foi colocar sobre a base 
metálica, um polaroide fixo no cavaleiro à 10cm 
da lente, e depois outro polaroide a 10 cm do 
primeiro polarizador. 
Em foi observado a projeção luminosa que 
era projetada no anteparo. Em seguida, foi 
girado o segundo polaroide sobre o cavaleiro 
num ângulo de 90º em relação ao primeiro 
polaroide, e novamente foi observado o que 
ocorria. 
2.2. Polarização da luz – 
experimento 2 
Para utilização foram usados os seguintes 
materiais: 
 
• 01 fonte de luz branca 
• 01 lente cristal convergente 
biconvexa com Ø 6cm e distância 
focal de 12cm; 
• 04 cavaleiros metálicos; 
• 01 diafragma com uma fenda; 
• 01 disco giratório Ø 23cm com 
escala angular e subdivisões de 
1°(transferidor); 
• semicírculo de acrílico; 
• 01 anteparo para projeção com 
fixador magnético; 
• 02 polaroides. 
 
Primeiramente, foi colocado na frente da 
fonte de luz um cavaleiro metálico com uma 
lente convergente de distância focal 12cm e o 
diafragma com uma fenda. Após isso, foi ligado 
a fonte de luz e ajustado o raio luminoso bem no 
centro do transferidor. 
 
 
Figura 4 Esquematização do processo de 
polarização através do semicírculo de acrílico 
Depois foi colocar o semicírculo no disco 
ótico, conforme a figura 4, e ajustado no disco 
ótico de tal modo que o ângulo de incidência 
seja igual à 0° e o ângulo de refração também 
seja 0°. E assim como é mostrado na figura 4, 
foi fixado em outro cavaleiro metálico um 
polaroide e em outro cavaleiro o anteparo de 
projeção. 
Para observação, foi girado o disco ótico 
20°; observando o raio refletido, foi colocado na 
mesma direção do raio refletido o polaroide e 
projetado o feixe refletido no anteparo a 10cm 
do polaroide. Em seguida, girou-se o polaroide 
em 90º e observado a projeção do feixe 
luminoso e após retornou-se o polaroide para a 
mesma posição. O mesmo foi feito para o 
ângulo de 40° do disco ótico. 
Em seguida, repetiu-se esses procedimentos 
para os ângulos entre 50° e 60°, com o intuito 
de encontrar um ângulo de reflexão de tal modo 
que girando o polaroide a projeção 
desaparecesse. 
2.3. Polarização da luz - rotação de 
Faraday 
Para a prática foram utilizadosos seguintes 
componentes: 
 
• 01 base metálica; 
• 01 fonte de luz branca; 
• 01 lente de vidro convergente 
biconvexa com Ø50mm, DF 50mm, 
em moldura plástica com fixação 
magnética; 
• 01 lente de vidro biconvexa 
Ø50mm, DF 100mm, em moldura 
plástica com fixação magnética; 
• 01 lente de vidro convergente plano-
convexa com Ø60mm, DF 120mm, 
em moldura plástica 
com fixação magnética; 
• 02 polaroides; 
• 05 cavaleiros metálicos; 
• 01 anteparo para projeção com 
fixador magnético; 
• 01 régua de plástico. 
 
Inicialmente, foram colocados sobre a base 
metálica a fonte de luz e os 5 cavaleiros 
metálicos: 
 
• O primeiro cavaleiro havia a lente 
de cristal convergente biconvexa 
com distância focal de 5cm mais a 
lente cristal convergente plano 
convexa com Ø6cm e distância focal 
de 12cm; 
• Segundo e terceiro cavaleiro 
continham os polaroides; 
• Quarto cavaleiro continha a lente de 
cristal convergente com Ø5cm e 
distância focal de 10cm, em 
moldura plástica com fixação 
magnética; 
• E por último, o quinto cavaleiro 
continha o anteparo de projeção. 
 
Para manipulação do experimento, foi 
ajustado a posição da lente de 5cm de distância 
focal com o intuito que o feixe de luz iluminasse 
bem o primeiro polaroide colocado a 
aproximadamente 10cm. Em seguida, o 
segundo polaroide foi colocado a 
aproximadamente 5cm do primeiro de tal modo 
que também ficasse bem iluminado. Esse ultimo 
foi colocado de forma cruzada com o polaroide 
anterior, de tal forma que impedisse a passagem 
de luz para o anteparo de projeção. 
Por fim, para observação do efeito de 
rotação de Faraday, foi posto a lente de 10cm de 
distância focal para projetar no anteparo a 
imagem da régua colocada entre os polaroides. 
3. Resultados e Discussão 
3.1. Polarização da luz– 
experimento 1 
A fenda utilizada nesse experimento, e assim 
como nos próximos, teve como função permitir 
que a passagem da luz se concentre apenas em 
uma faixa luminosa, sendo dessa forma mais 
fácil de posicionar a luz em cima do polaroide, 
resultando em um efeito de polarização mais 
perceptível na hora que ocorresse. 
 
Figura 5 a esquerda o polarizador está com o 
eixo na mesma direção da luz, a direita o 
polarizador está com o eixo perpendicular à 
direção da luz. 
Para o evento ocorrido na figura 5, foi 
possível ver a ação do polarizador a direita da 
imagem. Em um feixe de luz que havia 
polarização linear na direção vertical, ao atingir 
o polarizador posicionado a esquerda da 
imagem, foi possível perceber que não houve 
mudança alguma na luz, visto que ao se 
encontrar no anteparo, praticamente não houve 
mudança alguma. 
Portanto pela lógica, se nessa posição o 
polarizador apenas permitia a passagem de luz 
na vertical, se girado, o mesmo apenas deixaria 
passar luz pela horizontal. Dessa forma, assim 
como ocorreu na figura 5, foi isso que ocorreu; 
foi visto que a intensidade decaiu muito em 
comparação com a primeira situação, 
demonstrando que boa parte da componente 
vertical da luz foi absorvida pelo polaroide. 
3.2. Polarização da luz – 
experimento 2 
 
Figura 6 [1] Ângulo de incidência em 20°, [2] 
40° e [3] 56° 
Na realização do experimento, foi possível 
ver que à medida que se aproximava dos 
ângulos entre 50° e 60°, a luz começava a perder 
sua intensidade. Adotando que o polarizador na 
figura 6 está com o seu eixo de polarização 
direcionado apenas para a passagem da direção 
vertical da luz, viu que o ângulo em que se 
apresentava menor intensidade era o ângulo de 
(56,0 ±0,5)° — adotando que a incerteza de um 
instrumento manual é dado como a menor 
divisão da escala( 1°) dividido pela metade. 
Dessa forma, consequentemente, o ângulo 
achado é o chamado ângulo de Brewster. Que 
assim como dito na introdução, é o ângulo em 
que ao sofrer reflexão, a luz perde uma de suas 
componentes, nesse caso, a direção vertical. 
tolerância de erro 5%, nos podemos 
encontrar a tangente do ângulo de polarização, 
dada como (1,48 ± 0,1). Levando em 
consideração a expressão 3 e que o índice de 
refração do ar é 1, é possível produzir uma 
comparação quanto a índice de refração do 
material e verificar se o ângulo medido é 
realmente o ângulo de Brewster. 
Levando em consideração a faixa de 
incerteza, podemos ver que confere o resultado 
obtido, visto que o índice de refração do acrílico 
é de 1,49. 
 
3.3. Polarização da luz - rotação de 
Faraday 
 
 
Figura 7 [1] Polarizadores no mesmo eixo de polarização, [2] Polarizadores com eixos cruzados, [3] 
Momento quando a régua é posta entre os dois polarizadores
 
No primeiro caso da figura 7, a luz apenas 
sofre polarização em um eixo. No segundo caso, 
como os polarizadores estão com os eixos 
cruzados, a luz que é polarizada no primeiro 
polaroide, é praticamente absorvida pelo 
segundo, gerando dessa forma uma mancha 
escura no anteparo. 
Para que o anteparo voltasse a ser projetado 
pela luz com uma maior intensidade era 
necessário ou que os polarizadores estejam no 
mesmo eixo ou que a luz fosse rotacionada para 
o eixo em que estava o segundo polarizador. 
Para evitar a primeira opção, foi posto em 
prática a segunda alternativa colocando uma 
régua simples entre os dois polarizadores, assim 
como mostra a figura 7, e dessa forma, 
consequentemente, aplicando o efeito de 
rotação de Faraday. 
 
 
Para que ocorra o efeito e a luz possa 
rotacionar, é necessário que há a presença de um 
campo magnético paralelo a sua direção de 
propagação. Enfim, como é visto pela figura 7, 
o efeito ocorreu; isso se deu pois a presença do 
campo magnético se deu presente devido ao 
próprio aparato ao qual foi posto o experimento, 
visto que em volta seja a base, os cavaletes 
metálicos, lentes e até mesmo os polarizadores 
possuem na sua composição imãs( sendo os 
responsáveis por fixarem sobre a plataformas e 
bases). Originando dessa forma o campo 
magnético necessário para que haja o efeito de 
rotação. 
 
 
 
4. Conclusão 
Apesar dos efeitos de polarização e até 
mesmo de rotação de Faraday terem ocorrido, 
os mesmos não ocorreram com tanta eficácia 
assim como era de se esperar. Os polarizadores 
utilizados estavam em péssimas condições, 
revelando aberturas grandes nas lentes ao qual 
em vez de polarizar a luz, deixavam a passar 
totalmente. 
Essas rupturas nos obrigavam a achar pontos 
da lente ao qual ainda possuía o filme 
responsável por polarizar, tendo que por vez 
inclinar o feixe de luz para que só assim 
conseguíssemos o efeito. Esse ato acabava 
deixando o feixe de luz não somente com uma 
direção de polarização mais, tendo, portanto, 
direções tanto na vertical e na horizontal. 
Dividindo da intensidade da luz dessa forma, a 
mesma não era totalmente absorvida em um 
eixo, assim como desejado, deixando a 
experimentação com cada vez mais incertezas 
presentes. 
A ideia de que as lentes estavam em 
péssimas condições é de maior perspicuidade 
no experimento de rotação, onde na situação 2 
da figura 7, a projetação era para estar 
totalmente apagada, sendo assim totalmente 
absorvida pelo segundo aparato. Com a 
experimentação foi possível observar que o 
mesmo não ocorreu, apesar de se conseguir o 
resultado esperado, o mesmo não foi de total 
sucesso. 
 
5. Referências 
 
 [1] H. D. Young, R. A. Freedman., F. W. 
Sears, & M. W. Zemansky. (2009). Sears e 
Zemansky física III: eletromagnetismo. 
Pearson. 12° edição.13-14. 
 
[2] H. D. Young, R. A. Freedman., F. W. Sears, 
& M. W. Zemansky. (2009). Sears e 
Zemansky física III: eletromagnetismo. 
Pearson. 12° edição.19. 
 
[3] PINHEIRO, Felipe; SAMPAIO, Luiz C. 
Introdução à Magneto-Óptica–Uma abordagem 
microscópica. Rio de Janeiro, Centro 
Brasileiro de Pesquisas Físicas, 1999.