Natureza da luz

Natureza da luz

1. Newton e Huygens

   • Modelo corpuscular da luz
     • Newton tentou justificar sua teoria afirmando que a luz se comportava como pequenas esferas, as quais colidiam elasticamente com uma superfície lisa, sendo refletida de modo que o ângulo de incidência fosse igual ao ângulo de refração. Assim, segundo o fenômeno da reflexão, Newton considerava a luz como sendo constituída por um conjunto de partículas que se refletem elasticamente sobre uma superfície. 
   • Modelo ondulatório
     • O modelo ondulatório proposto e defendido por Huyghens dizia que a luz era uma onda e ela explicava de forma significativa a reflexão e a refração da luz. Como sabemos, qualquer onda se reflete e refrata de acordo com as leis da reflexão e da refração dos feixes luminosos. Observações sobre esses fenômenos levaram os cientistas a favorecer o modelo ondulatório proposto por Huyghens, pois a teoria de Newton não se verificava na prática.

2. Éter luminífero

   • Éter luminífero seria uma espécie de fluido infinito menos espesso que os gases mais leves, perfeitamente elástico, invisível, indetectável e que preencheria o universo em sua totalidade, tanto os espaços interplanetários quanto os intermoleculares.
   • Albert Michelson e Edward Morley
     • Albert Michelson e Edward Morley utilizaram um equipamento denominado de interferômetro para medir com mais precisão o valor da velocidade da luz. O interferômetro possui um espelho semirrefletor que tem a função de separar um raio de luz em dois outros raios iguais, permitindo a passagem de um pouco de luz e refletindo a outra parte. Esses raios de luz divididos incidem sobre dois espelhos, no quais são refletidos e tornam a se encontrar, atingindo um detector. A partir do fenômeno da interferência, quando duas ondas encontram-se, é possível determinar se houve ou não diminuição da velocidade de algum dos feixes refletidos. Se por acaso existir essa diminuição, logicamente ela ocorreria por causa de algum elemento que estaria interferindo no caminho da luz. Esse elemento em questão só poderia ser o éter luminífero.
     • Michelson e Morley não conseguiram detectar diferenças entre os caminhos feitos pelos raios de luz refletidos, o que comprovava a inexistência do éter. No entanto, eles nunca deixaram de acreditar nesse elemento milagroso. Em 1907, Albert Michelson recebeu o prêmio Nobel de Física não por ter “comprovado” a inexistência do éter luminífero, mas por ter desenvolvido instrumentos ópticos de precisão para o cálculo da velocidade da luz.

3. Teoria da Relatividade Restrita

   • 1- Todas as leis da natureza são as mesmas em todos os sistemas de referência inerciais (sistemas de referência não-acelerados).
   • 2 -A velocidade de propagação da luz no vácuo é a mesma em todos os sistemas de referência inerciais (sistemas de referência não-acelerados).
   • O espaço e o tempo deixam de ser absolutos e passam a ser relativos.
     • Dilatação do tempo
       • Os intervalos de tempo marcados por um observador em repouso são sempre maiores que os intervalos de tempo marcados por um observador em movimento com velocidade próxima à da luz.
     • Espaço Relativo
       • Da mesma forma, ocorre uma contração do espaço medido por observadores em estados diferentes (repouso e movimento). Corpos em movimento sofrem uma contração na direção deste movimento em relação ao tamanho que têm quando medidos em repouso.
   • Cone de luz
     • Um cone de luz é uma diagramação tridimensional de uma coordenada quadridimensional, já que é muito difícil uma representação gráfica de um fenômeno quadridimensional, como os são os ligados às teorias do espaço-tempo.
   • Paradoxo dos Gêmeos
     • é um experimento mental envolvendo a dilatação temporal, uma das consequências da Relatividade restrita. Nele, um homem que faz uma viagem ao espaço numa nave de grande velocidade, voltará em casa mais novo que seu gêmeo que ficou em Terra, movendo-se a velocidades cotidianas.

4. Teoria da Relatividade Geral

   • Presença de matéria encurva o espaço-tempo. Assim, quanto maior for a massa do corpo, mais ele encurvará o espaço-tempo ao seu redor. A teoria previa que a luz deveria também acompanhar a curvatura da superfície espaço-tempo gerada por campos gravitacionais intensos.
   • Foi previsto ainda que a medida do tempo também sofreria a influência dos campos gravitacionais. Quanto mais intenso o campo, mais lentamente passaria o tempo. Essa previsão também foi confirmada. Fazendo com que o Sistema de Posicionamento Global por Satélite (GPS), para funcionar corretamente, seja necessário fazer correções.
   • Princípio da Equivalência
     • Um sistema de referência uniformemente acelerado é fisicamente equivalente a um campo gravitacional uniforme. Ao incluir campos gravitacionais, a teoria descreve os movimento de objetos não mais como ação de forças, mais sim como trajetórias sobre a superfície espaço-tempo.
   • Contribuições
     • órbita do planeta Mercúrio
       • Se a predição da Teoria da Relatividade Geral de Einstein sobre a curvatura da luz é a mais chamativa e espetacular pela sua forma de verificação com a observação do eclipse de 1919, a explicação da precessão do periélio de Mercúrio –desvio em relação à Mecânica Celeste de Newton– é a mais efetiva pelo seu aspecto quantitativo
     • Desvio Gravitacional para o vermelho
       • Ligeiro deslocamento para o vermelho, mostrando as riscas do espectro solar, que é devido ao campo gravitacional de algumas estrelas como o Sol. Com a Teoria da Relatividade Geral, Einstein previu que um raio de luz poderia mudar de cor com a atuação de um campo gravitacional. Este efeito é devido que para a luz para sair de uma estrela, deve ceder um pouco de energia para vencer o campo gravitacional intenso. A luz ainda pode desviar para frequências ultravioleta, infravermelhas, raios gama, ondas de rádio ou microondas.
     • Desvio para o vermelho
       •  Corresponde a uma alteração na forma como a frequência das ondas de luz é observada no espectroscópio em função da velocidade relativa entre a fonte emissora e o receptor observador. Devido à invariância da velocidade da luz no vácuo e admitindo um emissor e um receptor em repouso relativo, um raio de luz é captado como uma cor padrão em função de sua frequência. Na descrição ondulatória, o período (inverso da frequência da luz) é definido pelo intervalo de tempo medido entre duas cristas consecutivas da onda. Quando o emissor e o observador estão em repouso relativo, ambos medem a mesma frequência. Se o emissor (fonte de luz) se move na direção do receptor, o intervalo de tempo que o receptor mede entre duas cristas consecutivas será inferior ao medido pelo emissor, logo o receptor observa um desvio para a gama de cores de mais elevada frequência (desvio para o azul no espectro). Se o emissor (fonte) se afasta do receptor observador, o intervalo de tempo que este mede entre duas cristas consecutivas aumenta, observando um desvio para a gama de cores de mais baixa frequência (desvio para o vermelho no espectro).

5. Efeito fotoelétrico

   • É a emissão de elétrons por um material, geralmente metálico, quando exposto a uma radiação eletromagnética(como a luz) de frequência suficientemente alta, que depende do material, como por exemplo a radiação ultravioleta. Ele pode ser observado quando a luz incide numa placa de metal, arrancando elétrons da placa. Os elétrons ejetados são denominados fotoelétrons

6. Onda de De Broglie

   •  É  a onda (dualidade onda-partícula) de matéria. As relações de De Broglie mostram que o comprimento de onda é inversamente proporcional ao momento linear da partícula e que a frequência é diretamente proporcional à energia cinética da partícula. O comprimento de onda de matéria é também chamado comprimento de onda de De Broglie.

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