Atividades complementares para maior reflexão sobre polarização

Segue o link para executar os exercícios nos formulários google.

A importância da polarização no dia a dia

        Polarização e os animais:

  Muitos animais são aparentemente capazes de perceber o efeito da polarização da luz, sendo utilizada perincipalmente para funções de localização, pois a polarização linear da luz do sol é sempre perpendicular em relação á direção do sol. Habilidade muito comum em insetos como abelhas e também em outros animais como polvos, lulas, sépias e louva -a-deus. Este processo se descreve pela rápida mudança do padrão de coloração da pele dos chocos, usados na comunicação e os louva-a-deus que são conhecidos por ter tecidos com polarização seletiva.Outros animais também se baseiam pela  polarização do céu no caso de alguns vertebrados,  como os pombos  por exemplo, que utilizam deste meio para se localizar no retorno a seus locais de partida, clique aqui e saiba mais sobre.

       Polarização e a astronomia:

   
   A polarização é de grande importância para o estudo da radiação eletromagnética polarizada.
estando pressentes na radiação coerente de fontes astronômicas, em fontes incoerentes, grandes lobos radiais de galaxias activas e radiação térmica das estrelas. Além de fornecer informações sobre as fontes de radiação  a polarização também prova o campo magnético interestelar pela rotação de Faraday e polarização da radiação cósmica de fundo, clique aqui para ler mais.

       Polarização e a tecnologia:

   A polarização é  existencial na tecnologia, estando presente ena maioria dos equipamentos tecnológicos que utilizamos nos nossos dias atuais. Os exemplos são muitos, como é o caso de, televisores de LCD que utilizam cristal líquido, funcionando da mesma forma que um cristal polarizado de consistência sólida, controlando a passagem de luz em cada pixel, sendo o mesmo caso de óculos de sol antirreflexo.
 Outros casos da utilização da polarização na tecnologia pé na s antenas de recepção e transmissão de radio que são intrinsecamente polarizadas, sendo que a maioria das antenas irradiam polarização horizontal, vertical ou circular, embora também ha polarização elíptica, sendo que a polarização vertical é mais frequentemente usada quando se deseja transmitir um sinal de radio em todas a direções, como é o caso de unidades móveis, já  rádios AM e FM utilizam a polarização vertical, já nos EUA as TVs  utilizam polarização horizontal.
A polarização também é responsável por dispositivos birrefringentes controlados eletronicamente, por meio de  combinação com filtros como moduladores de fibras ópticas e  em filtros fotográficos como intuito de aprofundar a cor de um céu azul e para eliminar o reflexo de janelas e da água.
 Entenda como funcionam os óculos 3D, um dos equipamentos mais populares  que utilizam a polarização como sue princípio básico .
Veja também antenas de circulação circular e  polarização da antena RFID.

Polarização de ondas luminosas

    Ondas luminosas são ondas transversais, logo polarizáveis.
    Diferentemente das ondas mecânicas, as ondas eletromagnéticas, como no caso da luz, tem natureza tridimensional, sendo que a polarização é uma medida da variação do campo elétrico destas ondas em relação ao tempo.
    Em 1864 a partir dos estudos de Maxwell, chegou-se à teoria que fornece o tratamento mais completo dos fenômenos ópticos dentro dos limites da óptica clássica. A teoria eletromagnética da luz, também chamada de óptica eletromagnética, classifica a luz como um fenômeno descrito pelos mesmos princípios que governam todos os tipos de radiação eletromagnética: as equações de Maxwell.
    A unica forma de se definir a polarização da luz de forma plenamente é através da definição da luz pela teoria eletromagnética, que descreve o seguinte : "A luz que se propaga no espaço livre é uma onda transversal eletromagnética (TEM), sendo que, os campos elétrico (E) e magnético (H) são perpendiculares à direção de propagação (dada pelo vetor k) da onda em todos os instantes de tempo".
    Se considerarmos uma onda que se propaga na direção positiva do eixo z, os campos E e H possuirão componentes apenas no plano perpendicular ao eixo z, isto é, no plano xy.
    A polarização das ondas eletromagnéticas pode ser classificada em três categorias: linear, circular e elíptica.

    -Polarização linear:  

Quando o vetor que descreve o campo elétrico em um ponto do espaço como uma função do tempo está sempre em uma mesma direção.

    - Polarização elíptica: 

    Trata- se do caso mais geral de onda polarizada, quando a figura traçada pelo vetor campo elétrico é uma elipse.

    - Polarização circular:

    Quando os eixos da elipse são iguais, gerando uma circunferência.
Obs.: A polarização circular e a linear são simples casos especiais da polarização
elíptica.
    As imagens a seguir ilustram melhor os três tipos de polarização eletromagnética da luz:

    Para que uma onda eletromagnética seja polarizada, no entanto, não é necessário que esta seja uma onda harmônica, ou seja, que as flutuações dos campos elétricos e magnéticos sejam senoidais; basta que o vetor campo elétrico descreva um desenho como os acima.

Fontes coerentes:

    Em situações onde as variações são realmente harmônicas, porem, os radiadores elementares responsáveis pela geração da onda atuam em unissonância; sendo exemplos disto os elétrons em uma antena transmissora de rádio ou dos fótons na cavidade de um laser.

Fontes incoerentes:

Presentes em fontes comuns de luz, como com o caso de uma lâmpada incandescente, os radiadores elementares, que são os átomos constituintes da fonte (como o filamento incandescente da lâmpada), atuam de forma independente e por este fato, a luz emitida por essas fontes consiste em uma superposição de várias ondas de frequências e fases aleatórias.

       

Luz não-polarizada:

    Trata- se do tipo de onda eletromagnética incoerente que se propaga na direção do eixo z, sendo que, se um observador estiver posicionado neste eixo z, irá observar um movimento totalmente aleatório do vetor campo elétrico. Podendo também ser descrita como sendo a superposição de duas ondas polarizadas cujos planos de vibração são perpendiculares entre si.

       

Luz parcialmente polarizada:

Corresponde ao intermediário entre a luz polarizada e a luz não- polarizada. A quantidade relativa de luz polarizada e não polarizada de uma mesma onda luminosa pode ser expressa através de uma parâmetro chamado de grau de polarização ou mais comummente conhecido como analisador ( DOP), que tem a função de definir a razão entre a intensidade de luz polarizada e a intensidade total da luz que passa pelo primeiro polarizador. Definida pela seguinte equação:

DOP= I polarizada/ I polarizada +I não-polarizada

OBS.: Se a luz estiver propagando- se no espaço livre, sua DOP permanecerá inalterada;caso contrário, pode ser que sua DOP sofra grandes alterações.

Luz polarizada

  Luz polarizada nada mais é que a luz obtida a partir do processo da mesma atravessar um polarizador ou um Prisma de Nicol, clique aqui e saiba mais sobre o funcionamento do Prisma de Nicol e sobre quem foi Wilian Nicol.
Uma das propriedades da luz polarizada é a de se desviar para a t ou para a esquerda ao se propagar através de certos compostos químicos por razão de isometria óptica das substancias, sendo utilizado para comprovar ou classificar a isometria óptica dos componentes( dextrogiro ou levogiro).
Assista o vídeo abaixo e entenda a importaria da polarização para o estudo da isometria óptica das substancias  e a química.
               

                                   Tipos de polarização

     -Polarização por absorção:

   Quando um raio atravessa um cristal ocorre uma refração e o raio extraordinário é polarizado. se posteriormente este raio penetrar  atravessando outro cristal, poderemos notar que esta se formando uma aclareamento, que não sera constante e que dependerá da posição relativa entre os dois cristais, ou seja, quando os cristais são colocados paralelamente o aclareamento é total e quando estiverem dispostos perpendicularmente , este aclareamento se extingue. isto se deve ao fato de o raio sair do primeiro cristal polarizado.

        -Polarização por refração:

  Neste fenômeno o  raio refratado é parcialmente polarizado ao atravessar uma lamina polarizada, já se quisermos obter uma luz polarizada totalmente  por refração simples teríamos de fazer este feixe de luz atravessar uma pilha de laminas, sendo que a polarização vai aumentando  ate o momento de se tornar uma luz totalmente polarizada.

        -Polarização por reflexão:

   Teoria descrita pelo pesquisador francês Étienne-Louis Malus que provou que a luz se polariza quando a mesma sofre reflexão na superfície de corpos transparentes, sendo que ao analisar o raio refletido  é notória  a polarização , sendo que o grau varia de acordo com o angulo de incidência, com o comprimento da onda da luz e com o par de meios transparente por onde passa , sendo que quando o raio de luz refletido for perpendicular ao raio refratado gera a polarização da luz.

clique aqui para visualizar exemplo de exercício resolvido sobre polarização da luz

Clique aqui para ver simulação sobre polarização da luz:          

Clique aqui para ver simulação sobre a lei de Malus

       - Polarização por dupla refração:

   Onde um raio de luz ao atravessar um meio anisotrópico se refrata desdobrando-se  em dois raios que vibram em planos perpendiculares entre si denominados: extraordinários (E) e ordinário(O) .
A calcita exibe este fenômeno de maneira notável, uma vez que ne= 1,486  e nw= 1,658, sendo que sete cristal é cortado convenientemente em duas partes, que posteriormente são colados  entre si por bálsamo do Canadá(n=1,537), sendo que este sistema chama- se de Prisma de Nicol.
Quando um raio de luz natural incide na face do prisma , este desdobra-se em outros dois raios de luz, denominados de raio extraordinário(E) e raio ordinário(O), que possuem direções de vibração ortogonais:

  - Raio ordinário(O):

  Propaga- se no cristal de calcita, regido pelo seu índice de refração nw, que ao atingir o Bálsamo do Canadá, com um angulo de incidência maior do que aquele denominado "angulo crítico"( já que nb> nw), observaremos o fenômeno da reflexão total  r o rio ordinário será absorvido pela metade emagrecida do prisma,

  -Raio extraordinário (E):

 Ao atravessar o cristal de calcita comandado pelo índice de refração ne, que é próximo do Bálsamo do Canadá  e nunca sofrerá o fenômeno da reflexão total ( pois ne < nb) e sempre será refratado atravessando o Balsamos do Canadá sem sofrer desvio apreciável.
 Com esta descoberta  a luz polarizada pode sre usadab na micriscopia, ,mas como os custos para se produzir estes  equipamentos utilizando estes prismas se torna muito carro acabase por produzilos a base de substancias originadas por placas polaróides qua não utilizam a polarização por dupla refração, mas sim por absorção seletiva de luz.

Polarização de Ondas Mecânicas

  Uma corda presa em uma extremidade é impulsionada afim de gerar movimentos circulares, sendo que é fixado no meio deste sistema uma superfície plana com uma fenda  vertical ou horizontal,de dimensões que possibilitam a passagem da corda,  sendo que a  outra extremidade desta mesma corda esta presa a em uma superfície firme.
   Observe que no memento em que esta corda é agitada para gerar ondas circulares podemos notar que esta vibra em varias orientações, mas  que a partir do momento que esta  atravessa a fenda,  passa a oscilar apenas em uma orientação,  a  da posição da fenda,  ou seja esta onda mecânica foi polarizada, ou simplificando, limitada a efetuar suas oscilações em apenas um plano. Porém se adicionarmos uma outra fenda perpendicular a posição da primeira, notaríamos que as oscilações se extinguiriam, pois havia restado apenas uma orientação,  no sentido do eixo X por exemplo, e como ocorre uma decomposição vetorial neste processo, pelo fato de não existir um eixo Y, há a extinção da onda por completo.

Polarização

  A polarização consiste na seleção de planos de vibração de uma onda.
As redes polaroides são partículas com minúsculos barramentos( da ordem comprimento de onda da luz), as quais permitem apendas  a passagem de feixes de luz que vibrem no mesmo plano do barramento, sendo que os demais que, que vibram em outros planos são impedidos de atravessar estas redes, sendo absorvidos ou refletidos pelo polaroide.
  Polarizar uma onda significa deixar que esta onda vibre em apenas uma em algumas direções, dentre as quais esta se propaga, filtrando as demais.
  Um Exemplo bem comum deste fenômeno são os óculos antirreflexo, que possuem uma película polarizadora, com a função de diminuir o ofuscamento gerado pelo excesso de luminosidade em dias muito ensolarados.

   Na década de 30 o físico americano Edwin Land conseguiu reproduzir o efeito descrito acima , clique aqui.

  O fenômeno de polarização não ocorre em qualquer  processo ondulatório, se fazendo presente apenas no caso de ondas transversais. Um exemplo de onda que não pode ser polarizada é a onda sonora, por se tratar de uma onda longitudinal.
  Ondas longitudinais não podem ser polarizadas, pois a direção  de propagação é a mesma que a de sua vibração.

                                 -Referências:

    -Referências de imagens:

http://www.prootica.com.br/vantagem-dos-oculos-polarizados/

http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfm4MAL/luz-plano-polarizada

http://soumaisenem.com.br/fisica/oscilacoes-ondas-optica-e-radiacao/ondas-fenomenos

http://slideplayer.com.br/slide/294079/

http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/ondas-polarizadas.htm

http://macao.communications.museum/por/exhibition/secondfloor/MoreInfo/Displays.html

http://tornandosimples.blogspot.com.br/2011/11/filmes-3d-e-lentes-polarizadas.html

http://www.seara.ufc.br/tintim/fisica/polarizacao/polarizacao4.htm

http://fisica.fe.up.pt/luz/polarizacao.html

http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1806-11172005000300008&script=sci_arttext

http://www.seara.ufc.br/tintim/tecnologia/tv3d/tv3d03.htm
   

      -Referências de texto:

SANT’ANA, B. et al. Conexões com a Física.1.ed. São Paulo: Moderna, 2010.

     D. Halliday, R. Resnick e K. S. Krane, Física, 4ª Edição, Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 1996 (Capítulo 48).