Óptica ondulatória — polarização e interferência
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Resumo
Natureza. A luz é onda eletromagnética transversal (campos elétrico e magnético perpendiculares entre si e à propagação), com c ≈ 3 × 10⁸ m/s no vácuo.
Polarização. Restringe a vibração do campo elétrico a um único plano. Só ondas transversais polarizam — o som (longitudinal no ar) não.
- Polarizador deixa passar a componente paralela ao seu eixo. Luz natural (não polarizada) → metade da intensidade: I = I₀/2.
- Lei de Malus: luz polarizada incidindo num analisador a um ângulo θ: I = I₀·cos²θ. Polarizadores cruzados (90°) → bloqueio total.
- Polarização por reflexão: a luz refletida é parcialmente polarizada; no ângulo de Brewster (tg θ_B = n₂/n₁) é totalmente polarizada e raio refletido e refratado ficam perpendiculares.
- Usos: óculos e filtros polarizadores que eliminam reflexos (fotografia de vestígios em vidro ou superfícies brilhantes), telas LCD, análise de tensões.
Interferência. Superposição de ondas coerentes (mesma frequência e diferença de fase constante).
- Construtiva: diferença de caminho Δ = mλ (m = 0, 1, 2…) → reforço (franja clara).
- Destrutiva: Δ = (m + ½)λ → cancelamento (franja escura).
- Experimento de Young (fenda dupla): franjas claras em y = m·λ·L/d (L = distância à tela, d = separação das fendas); provou a natureza ondulatória da luz.
- Películas finas: cores de bolhas de sabão e manchas de óleo.
Pegadinha Cebraspe. "Ondas sonoras no ar podem ser polarizadas" → errado: são longitudinais; a polarização é exclusiva de ondas transversais.
Visão geral
Polarização e interferência evidenciam o caráter ondulatório da luz; a difração (contorno de obstáculos e fendas) é o terceiro fenômeno do grupo. Espectros e emissão de luz por moléculas estão em fis-espectroscopia-e-fluorescencia.
Regra
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| Situação | Intensidade transmitida |
|---|---|
| Luz natural em um polarizador | I₀/2 |
| Polarizada a 0° do analisador | I₀ |
| Polarizada a 60° | I₀·cos²60° = I₀/4 |
| Polarizadores cruzados (90°) | 0 |
Exemplo (Young). λ = 600 nm, d = 0,3 mm, L = 1 m → distância entre franjas = λL/d = 2 mm.
Pontos-chave
- Aumentar λ ou L afasta as franjas; aumentar d aproxima.
- Coerência é condição para padrão estável (laser é muito coerente).
- Luz do céu é parcialmente polarizada por espalhamento.
- Interferência não destrói energia: redistribui entre franjas claras e escuras.
Como a banca cobra
- "A polarização é evidência de que a luz é onda transversal" → certo.
- "Dois polarizadores com eixos perpendiculares bloqueiam a luz" → certo.
- "Ocorre interferência destrutiva quando a diferença de caminho é múltiplo inteiro do comprimento de onda" → errado (isso é construtiva).
- "Filtros polarizadores podem reduzir reflexos em fotografias" → certo.
- "Na fenda dupla, aumentar a distância entre as fendas aumenta o espaçamento das franjas" → errado.
Referência
Mapa mental
Natureza da luz
- Onda eletromagnética transversal
- c ≈ 3 × 10⁸ m/s
Polarização
- Só ondas transversais
- Luz natural: passa I₀/2
- Malus: I = I₀ cos²θ
- Cruzados: bloqueio total
- Brewster: refletida polarizada
Usos
- Filtros eliminam reflexos
- Telas LCD
Interferência
- Fontes coerentes
- Construtiva: Δ = mλ
- Destrutiva: Δ = (m + ½)λ
- Young: franjas a λL/d
⚠️ Pegadinha
- Som no ar não polariza
Questão 1, Certo ou Errado
Ondas sonoras no ar podem ser polarizadas.
Revelar gabarito
Gabarito: Errado
Errado. A polarização restringe a vibração a um único plano e só se aplica a ondas transversais; como o som no ar é onda longitudinal, ele não pode ser polarizado.
Questão 2, Certo ou Errado
Dois polarizadores com eixos perpendiculares bloqueiam totalmente a luz.
Revelar gabarito
Gabarito: Certo
Certo. Pela lei de Malus, I = I₀·cos²θ; com polarizadores cruzados, θ = 90° e cos²90° = 0, portanto nenhuma luz emerge do segundo filtro, o analisador.
Questão 3, Certo ou Errado
Ao atravessar um polarizador ideal, a luz natural tem sua intensidade reduzida à metade.
Revelar gabarito
Gabarito: Certo
Certo. A luz natural vibra em todos os planos, e o polarizador deixa passar somente a componente paralela a seu eixo, resultando em intensidade I = I₀/2.
Questão 4, Certo ou Errado
Diferença de caminho igual a meio comprimento de onda produz interferência construtiva.
Revelar gabarito
Gabarito: Errado
Errado. A diferença de caminho Δ = (m + ½)λ, que inclui meio comprimento de onda, cancela as ondas e produz franja escura; a construtiva requer Δ = mλ.
Questão 5, Certo ou Errado
O experimento da fenda dupla de Young evidenciou a natureza ondulatória da luz.
Revelar gabarito
Gabarito: Certo
Certo. Ao gerar franjas claras e escuras por interferência de ondas coerentes, a fenda dupla de Young demonstrou que a luz tem comportamento ondulatório em sua propagação.
- Revelar resposta
Natureza da luz
Onda eletromagnética transversal; c ≈ 3 × 10⁸ m/s no vácuo.
- Revelar resposta
Polarização
Restringe a vibração a um plano; só ondas transversais polarizam (o som no ar não).
- Revelar resposta
Lei de Malus
I = I₀·cos²θ; polarizadores cruzados (90°) bloqueiam a luz. Luz natural num polarizador → I₀/2.
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Interferência construtiva × destrutiva
Construtiva: Δ = mλ. Destrutiva: Δ = (m + ½)λ. Exige ondas coerentes.
- Revelar resposta
Experimento de Young
Fenda dupla com franjas de interferência; provou a natureza ondulatória da luz.
- Revelar resposta
Películas finas
Cores em bolhas de sabão e manchas de óleo: interferência entre a luz refletida nas duas superfícies da película.
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