Polarização da luz

 

Desde o século 19 sabemos que a luz se propaga como uma onda. Tratar-se-ia, entretanto, de uma onda transversal, como aquela produzida na superfície da água, ou seria a luz uma onda longitudinal como as ondas sonoras?
O fenômeno da polarização é um excelente critério para responder a essa questão.

 

Palavra-chave

Ondas transversais; polarização da luz: birrefringência.

 

Você vai precisar de:

2 filtros polarizadores:
tesoura;
acetato de transparência;
fita adesiva transparente.

 

Mãos à obra

Passo 1
Transmissão e absorção da luz em filtros polarizadores

Coloque um dos filtros polarizadores sobre a base do retroprojetor. Se a área do filtro for menor do que a base do retroprojetor, faça uma máscara de papel cartão e coloque-a sobre o retroprojetor, de modo que toda a luz seja obrigada a passar pelo filtro.

Mostre aos estudantes que o filtro transmite apenas uma parte da luz que incide sobre ele. Cuidado! A luz que é absorvida pelo filtro pode aquecê-lo, de modo que não é bom deixá-lo sobre o retroprojetor por muito tempo.

Coloque o outro filtro sobre o primeiro, de modo que não haja uma grande redução na intensidade de luz transmitida através dos dois filtros. Por fim, gire o segundo filtro e mostre como isso afeta a intensidade da luz que o atravessa.

 

 
 
Passo 2
Explicando o fenômeno da polarização

A luz é uma onda transversal. Isso significa que enquanto a luz se propaga em uma dada direção, ocorrem vibrações perpendiculares a essa direção, formadas por campos elétricos e magnéticos oscilantes.

Acontece, porém, que existem muitas direções perpendiculares possíveis a uma dada direção de propagação. Esse fato está representado na figura a seguir, na qual um raio de luz se propaga em uma direção horizontal e várias vibrações ocorrem em direções transversais. As vibrações, representadas por setas duplas, mostram o campo elétrico associado às ondas de luz.

A maioria das fontes de luz produz raios não polarizados como aquele representado na figura anterior. Alguns materiais transparentes como os usados no filtro polaroide ou em lentes de óculos escuros absorvem todas as vibrações transversais com exceção daquelas que se realizam em uma dada direção. Esse fato está ilustrado na figura a seguir. Nela, vemos dois filtros polarizadores que transmitem apenas as vibrações que ocorrem na direção vertical.Todas as outras vibrações são absorvidas por esses filtros.

A luz que passa por um filtro polarizador como esse é chamado de “luz plano-polarizada”. Se dois filtros polarizadores não estão alinhados como na figura anterior, pode ocorrer absorção total ou parcial da luz como indicam as figuras a seguir.

O primeiro polarizador absorve as vibrações que compõem o raio de luz original, com exceção das vibrações que ocorrem na direção vertical. O segundo polarizador absorve todas as vibrações, exceto aquelas que ocorrem na direção horizontal. A luz proveniente do primeiro polaroide é, portanto totalmente absorvida, e nenhuma luz emerge do outro lado.

 

O primeiro polarizador transmite apenas vibrações que ocorrem na direção vertical e absorve todas as outras vibrações que compõem o raio de luz original. Vibrações na direção vertical têm uma componente na direção permitida pelo segundo polaroide. Um pouco de luz sairá desse filtro polarizador.

 

Para explicar o fenômeno aos estudantes, faça cópia das figuras acima em uma folha de transparência e utilize o retroprojetor para exibir as figuras para toda a classe.

 

Passo 3
Girando o plano de polarização da luz com materiais birrefringentes

Nos passos 1 e 2 vimos que dois filtros polaroides com eixos de transmissão perpendiculares impedem a propagação da luz. Experimente, todavia, inserir uma fita de material transparente como uma folha de celofane ou uma tira de transparência de retroprojetor entre os dois filtros polaroides. Você verá que, nessas circunstâncias, certa quantidade de luz poderá atravessar os dois filtros.

Isso acontece porque algumas fitas de material transparente são capazes de girar o plano de polarização de uma parte da luz que incide sobre elas, tal como ilustrado na figura a seguir.

Esse fenômeno é denominado birrefringência, porque esse tipo de material é capaz de separar um feixe de luz em dois feixes que se deslocam dentro do material com velocidades diferentes. O giro efetuado no plano de polarização da luz pode ser maior ou menor dependendo da cor do feixe de luz e da espessura do material. Como resultado, um material birrefringente que nos parece transparente quando recebe luz não polarizada pode mostrar uma série de padrões coloridos quando situado entre dois filtros polaróides.

Fotografia de uma capa de CD feita de plástico. Uma parte da capa foi inserida entre dois filtros polaróides. O que resultou no surgimento de uma série de padrões coloridos. Regiões diferentes da capa estão sob tensão diferente e por isso transmitem ou cancelam luzes de cores diferentes.

Tiras de acetato recortadas de uma transparência de retroprojetor foram colocadas entre dois filtros polaroides. Como resultados surgem vários padrões coloridos. A espessura da camada de acetato e sua direção modificam as cores observadas.

O que acontece

As figuras apresentadas nas seções anteriores continham explicações sucintas para os fenômenos observados. Trata-se de explicações parciais, visto que o fenômeno da polarização e o fenômeno da birrefringência são bastante complexos.

Apesar disso, os fenômenos apresentados são uma forte evidência de que luz é ma onda do tipo transversal.

Em uma onda longitudinal, todas as vibrações ocorrem na mesma direção de propagação da onda. Por isso, se um filtro absorver vibrações nessa direção, toda a onda será absorvida independente do quanto giramos o filtro. Nesse caso, jamais obteremos uma onda plano-polarizada. Por essa razão, pode-se afirmar com certeza que toda onda que exibe fenômenos de polarização é uma onda transversal.

Para saber mais

A polarização obtida por meio de um filtro polaroide pode ser explicada de maneira simples, mediante a afirmação de que esse material absorve as vibrações que compõem a luz incidente, com exceção daquelas que ocorrem em uma direção específica. Os fenômenos a

de interação da luz com a matéria, que são responsáveis por essa absorção, não são, todavia, objeto de estudo na educação básica. O mesmo se pode dizer do fenômeno da birrefringência, que ocorre em materiais anisotrópicos e depende de uma série de características do material, do comprimento de onda da luz incidente ou da direção da luz incidente. Livros de física para a graduação trazem geralmente explicações satisfatórias para os fenômenos da polarização por transmissão, que ocorre em filtros polaroides, ou da polarização por birrefringência, que ocorre em plásticos transparentes. Além disso, outros processos de polarização importantes costumam ser abordados, como é o caso da polarização por reflexão que ocorre a todo o tempo com a luz do sol, ou a polarização por espalhamento, que também é muito comum. Uma apresentação particularmente bem formulada desses fenômenos pode ser encontrada no Cap. 33 do Volume 1 do livro Lições de Física, de Feynman, Edição Definitiva, publicado pela Editora Bookman.

O fenômeno da polarização possui uma série de aplicações importantes. Experimente fazer uma consulta sobre “aplicações da polarização da luz” na internet e você virá a conhecer algumas dessas aplicações.

 

 

Referência: Matheus, A.L.; Reis, D.D; Paula, H.F. e- "Ciência na tela experimentos no retroprojetor".

 

 

Enquete

Qual recurso você mais utiliza para estudar?
 

Veja Também...

Banner