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A luz e as ondas eletromagnéticas

Neste artigo vamos falar das características e propriedades da luz e das ondas ou radiação eletromagnéticas.

Introdução às ondas eletromagnéticas

Não sei se você sabe, mas existem dois tipos de ondas: as ondas materiais e as ondas ou radiação eletromagnética.
As ondas materiais compreendem o som (ondas sonoras), as ondas do mar, ondas provocadas em um rio ou lagoa ou piscina pela queda de uma pedra ou qualquer outro corpo. Você alguma vez pulou em uma piscina fazendo o mergulho "bomba"? Faz uma onda bem grande!
Bem, todas as ondas materiais precisam de um meio material para se propagar. Por exemplo, o som não se propaga no vácuo mas sim em meios líquidos, sólidos ou gasosos.
Neste artigo vamos falar das ondas ou radiação eletromagnéticas, aprofundando no estudo da luz visível.
A radiação eletromagnética é um das várias maneiras pelas quais a energia viaja pelo espaço. Seus pensamentos são ondas eletromagnéticas. E mais, o calor de uma fogueira, a luz do sol, os raios X usados por seu médico e também a energia usada para aquecer alimentos em um micro-ondas são todos exemplos de ondas ou radiação eletromagnética.
Embora essas formas de energia pareçam muito diferentes umas das outras, elas estão relacionadas, uma vez que todas elas exibem propriedades de ondas.
As ondas, sejam eletromagnéticas ou materiais, são perturbações em determinado meio ou campo físico. As ondas do mar oscilam, subindo e descendo. A elevação e a subsequente imersão contam como uma única oscilação da água na superfície do mar.
As ondas eletromagnéticas oscilam como as ondas do mar; e uma única oscilação também compreende um pico (ponto de máximo da onda) e um vale (ponto de mínimo da onda).
Entretanto, as ondas ou radiações eletromagnéticas diferem das ondas do mar por serem uma composição de duas ondas que oscilam perpendicularmente entre si. Uma das ondas é um campo magnético oscilante, e a outra é um campo elétrico oscilante.
Na onda eletromagnética mostrada na Figura 1, o campo elétrico oscila no plano da tela do computador. Já o campo magnético oscila perpendicularmente ao campo elétrico, e nesse caso, oscila para dentro e para fora da tela. A Figura 1 mostra ainda a amplitude da onda (eixo Y) e a distância no espaço (eixo X).
Figura 1: As ondas eletromagnéticas consistem em um campo elétrico oscilante com um campo magnético oscilante perpendicular. Crédito: imagem modificada da figura 1 de UC Davis ChemWiki, CC-BY-NC-SA 3.0. Disponível em https://chem.libretexts.org/Textbook_Maps/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Spectroscopy/Fundamentals_of_Spectroscopy/Electromagnetic_Radiation. Acesso em 18/10/2018.

Propriedades básicas das ondas: amplitude, comprimento de onda e frequência

Toda onda possui um vale (ponto mais baixo) e uma crista (ponto mais alto). A distância vertical entre a extremidade de uma crista e o eixo central da onda é chamada de amplitude. Esta é a propriedade associada ao brilho, ou intensidade, da onda.
A distância horizontal entre dois vales ou cristas consecutivas é conhecida como comprimento de onda da onda. Essas medidas podem ser vistas conforme ilustrado na Figura 2:
Figura 2: Características básicas de uma onda, entre elas a amplitude e o comprimento de onda. Crédito: imagem modificada da figura 3 de UC Davis ChemWiki, CC-BY-NC-SA 3.0. Disponível em https://chem.libretexts.org/Textbook_Maps/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Spectroscopy/Fundamentals_of_Spectroscopy/Electromagnetic_Radiation. Acesso em 18/10/2018.
Lembre-se de que as ondas oscilam no espaço (lembra das ondas do mar?), ou seja, elas oscilam em determinada posição conforme o tempo passa.
A grandeza conhecida como frequência da onda mede o número de comprimentos de onda completos que passam por determinado ponto no espaço a cada segundo. A unidade da frequência é o Hertz (Hz), que significa ciclos/segundo ou apenas “por segundo”.
Como você deve imaginar, o comprimento de onda e a frequência são inversamente proporcionais, isto é, quanto menor o comprimento de onda, maior será a frequência, e vice-versa. A relação é dada pela seguinte equação:
c = λ√
onde:
  • λ (lambda, do alfabeto grego) é o comprimento de onda em metros (m);
  • √ (nu, do alfabeto grego) é a frequência em Hertz (Hz);
  • c é a velocidade da luz, igual a 3,0 dot 10, start superscript, 8, end superscript m/s.
Essa relação reflete um fato importante: toda radiação eletromagnética, independentemente de comprimento de onda ou frequência, viaja na velocidade da luz.
Para ilustrar a relação entre frequência e comprimento de onda, vamos analisar um exemplo.
Teste seu aprendizado: o que você espera que aconteça com a frequência de uma onda de luz se seu comprimento de onda for aumentado de um fator de 10?

Período

A última grandeza a ser considerada é o período de uma onda. O período de uma onda é a duração de tempo que leva para que um comprimento de onda passe por determinado ponto no espaço. Matematicamente, o período (T) é simplesmente o inverso da frequência da onda (f).
T, equals, start fraction, 1, divided by, f, end fraction
O período é medido em segundos (s).
Agora que conhecemos algumas propriedades básicas das ondas, vamos ver os diferentes tipos de radiação eletromagnética.
Vamos entrar um pouquinho em física quântica? Fique tranquilo que faremos só uma pequena introdução.

Referências

Este artigo é uma adaptação do artigo Luz: ondas eletromagnéticas, espectro eletromagnético e fótons, da Khan Academy, CC-BY-NC-SA 4.0. Disponível em /science/physics/light-waves/introduction-to-light-waves/a/light-and-the-electromagnetic-spectrum. Acesso em: 18/10/2018.
“Electromagnetic Radiation” disponível em UC Davis ChemWiki, CC BY-NC-SA 3.0
Zumdahl, S.S., and Zumdahl S.A. (2003). Atomic Structure and Periodicity. In Chemistry (6th ed., pp. 290-94), Boston, MA: Houghton Mifflin Company.