Introdução à luz

RKA8JV Neste vídeo a gente vai conversar sobre o fenômeno da luz. Então, eu vou marcar aqui, luz. A luz, pelo menos para mim, é uma coisa bem curiosa, porque, em um nível, ela vai definir o que é a nossa realidade, tudo o que a gente vê é baseado na luz, é baseado na luz passando ou difratando por objetos e sendo percebida pelos nossos olhos. Esses sinais são mandados para o nosso cérebro e o nosso cérebro vai criando modelos do mundo que está à nossa volta. Ao mesmo tempo que a luz é uma característica que define a nossa realidade, quando você realmente imerge em observar, em investigar o que é a luz, você acaba se deparando com propriedades que são bem misteriosas. A grande maioria dessas propriedades nem são entendidas ainda. A coisa mais impressionante sobre a luz é que ela se comporta como uma onda e como uma partícula. Então, eu marcar aqui como uma onda e como uma partícula. Isto pode não ser tão intuitivo, para mim também não é tão intuitivo. Na minha vida eu estou acostumada com coisas que se comportam como ondas, como as ondas sonoras ou como as ondas do mar, e eu estou acostumada com coisas que se comportam como partículas, como bolas de basquete por exemplo, ou como a minha xícara de café. Bom, o que eu estou tentando dizer aqui é que eu não estou acostumada com essas coisas se comportando das duas maneiras. Isso pode depender de fatores como o tipo de experimento que você está fazendo e de como você observa a luz. Quando você observa a luz como uma partícula, e aliás, você pode pesquisar sobre os trabalhos de Einstein, sobre o efeito fotoelétrico, mas voltando ao que eu estava dizendo, você pode pensar na luz como um trem de partículas se movendo na velocidade da luz. Então, eu vou fazer aqui, vamos dizer que a gente tem um trenzinho de partículas aqui, e ele está se movendo na velocidade da luz. Nós chamamos estas partículas aqui de fótons. Então, vou marcar aqui, fótons. Se você pensar na luz de outras maneiras, como por exemplo, como ela acaba sendo refletida por um prisma, como eu tenho aqui, ela vai se parecer como uma onda, ela vai ter propriedades de uma onda. Ela vai ter uma frequência, e essa frequência, eu vou marcar aqui em cima, ela vai ter uma frequência ''f'', e ela vai ter um comprimento de onda, que eu represento desta maneira, e como todas as outras ondas, a velocidade desta minha onda vai ser a frequência vezes o comprimento de onda. Então, eu tenho aqui, velocidade igual a frequência vezes o meu comprimento de onda. Mesmo que você ignore este aspecto de partícula da luz, ou seja, que você só pense no aspecto de onda, isso ainda vai ser fascinante, porque a maioria das ondas requer um meio para poder viajar. Por exemplo, eu penso como o som viaja pelo ar. Eu vou desenhar algumas partículas aqui para a gente pensar nisso. Então, eu vou fazer aqui de uma outra cor. Eu tenho aqui várias particulazinhas, que eu estou desenhando, partículas de ar. Várias partículas de ar. Eu tenho algumas ondas sonoras viajando entre estas partículas de ar, que eu representei aqui de rosa. O que acontece aqui é que em uma onda sonora você comprime um pouco as partículas de ar, e estas partículas vão comprimindo as partículas que são próximas. Desse jeito, você vai ter pontos no ar em que você tem uma pressão maior e pontos que tem uma pressão menor. Se eu plotasse isto, se eu colocasse isto em um gráfico, eu teria mais ou menos isto. Eu teria um pico alto, baixo, outro pico alto, um pico baixo, um pico alto, e assim por diante. Aqui nos picos que eu coloquei que são altos eu teria uma maior pressão. Então, vou representar aqui com uma flechinha. E aqui, onde eu tenho este pico mais baixo, eu teria uma pressão menor, como eu disse antes. Quando estas partículas batem umas nas outras elas vão acabar viajando para uma direção. Neste caso, eu teria as minhas partículas de ar viajando aqui para o meu lado direito. Por isso que eu até fiz o meu gráfico, eu plotei o meu gráfico com a onda indo para o lado direito. Bom, isso tudo eu acabei de dizer é baseado na energia, na energia viajando ou se deslocando em um meio. É desse modo que eu costumo visualizar as ondas. Mas a luz não precisa de um meio, então, isto é muito importante. Eu vou escrever isto aqui. Não precisa de um meio. A luz viaja rapidamente através do nada, ou seja, através do vácuo. Ela viaja em uma velocidade inimaginável. Bom, e essa velocidade é de 3 vezes 10⁸ m/s. Vocês conseguem imaginar que é 3 vezes 10⁸ m/s? Isto seria 300.000.000 m/s. Um outro jeito de pensar nisso ou de visualizar isso, é que a luz leva menos de 1/7 de segundo para percorrer ao redor da Terra, ou seja, em 1 segundo a gente viaja mais de 7 vezes ao redor do nosso planeta. Esta não é só uma super hiper mega rápida velocidade, ela diz que a gente que a luz é uma coisa fundamental do nosso universo, porque a velocidade, esta velocidade, a velocidade da luz é a mais rápida conhecida pela Física. A gente sempre associa que alguma coisa está com uma certa velocidade, talvez, eu não sei, talvez eu tenha uma formiga em cima de um prédio, e ela está se movendo em uma mesma direção, mas a gente não consegue imaginar nada mais rápido do que a velocidade da luz, é totalmente impossível, se baseando no que a gente conhece no mundo físico. Como eu já disse, esta é a maior e mais rápida velocidade possível, e 3 vezes 10⁸ é um valor aproximado que eu estou colocando aqui para vocês, ok? Agora, se a gente pensar em um espectro de luz visível, como este que eu tenho aqui, você pode pensar nestas cores como as cores do arco-íris, e os arco-íris acontecem porque a luz do Sol, que é a luz branca, está sendo refratada por pequenas partículas de água. Bom, para você visualizar melhor, eu já falei anteriormente, eu tenho aqui este prisma e eu tenho a luz sendo refratada neste prisma. Aqui a gente consegue ver todos os comprimentos de onda diferentes. Pensando assim, a luz branca vai ter todos os comprimentos de ondas visíveis. Cada comprimento de onda vai ser difratada de uma maneira diferente, como por exemplo, a maior frequência que eu tenho é o violeta, o violeta e o azul. O violeta e o azul vão ser mais refratados por este prisma. O comprimento de onda vai ter uma menor frequência no laranja e no vermelho. Agora, se você quiser ver o comprimento de onda de uma luz visível, ela vai ter que estar entre 400 e 700 nanômetros, que é o que eu tenho aqui em cima. Quanto maior a minha frequência, maior a energia daquela luz. A maior frequência significa que cada um desses fótons tem maior energia, eles têm uma melhor habilidade de dar energia cinética para acabar com os elétrons e etc. Então, eu vou marcar aqui em cima que quanto maior a minha frequência, vou marcar aqui, maior a minha frequência, quanto maior a minha minha frequência, vou colocar o acento aqui, eu tenho, vou fazer uma flechinha aqui, eu tenho maior energia. Ok, eu fico me referindo a essa ideia de luz visível, mas você pode pensar: o que tem além dessa luz visível? Bom, você vai descobrir que a luz faz parte de um fenômeno ainda mais amplo, e vamos vir para cima. Se a gente quiser discutir um pouco mais disso, essa luz visível, ela é apenas uma parte do espectro eletromagnético, então, a luz a é uma radiação eletromagnética. Eu vou marcar aqui em cima, radiação, radiação eletromagnética. Tudo isso que eu já te expliquei sobre a luz, até agora, tem propriedades de onda, e propriedades de partícula também. Isso não é só específico para luz visível, isso é uma verdade para toda a radiação eletromagnética. Em frequências baixas ou de comprimentos de onda longos, a gente vai estar falando de coisas como as ondas de rádio que eu tenho aqui. Essas coisas permitem que uma rádio alcance o seu carro por exemplo, ou permite que o seu telefone se conecte com as torres de celular. As micro-ondas que eu tenho aqui vão agitar as moléculas de água na sua comida para que ela esquente. O infravermelho é o que o nosso corpo libera, e é por isso que é possível detectar pessoas através de paredes com câmeras infravermelhas. Bom, seguindo adiante, a gente tem a luz visível, que a gente falou antes, em seguida, a gente tem a radiação ultravioleta, que vem do Sol e que deixa as pessoas com a pele mais moreninha no verão. Depois eu tenho o raio-x, que é a radiação que permite ver através de materiais macios e visualizar ossos por exemplo. E, por último aqui, a gente tem os raios gama, a super alta energia que permite vários tipos de fenômenos físicos. Todos estes são exemplos de exatamente a mesma coisa, nós acabamos de perceber aqui, nós acabamos de ver aqui todas as frequências, assim como a luz visível. Agora, você deve estar se perguntando como a gente consegue perceber certas frequências. Como que a gente só consegue ver frequências de 10¹² até 10¹⁵, por exemplo? Bom, a razão, ou o meu maior palpite, é que esta é a frequência onde o Sol joga fora muita radiação eletromagnética. Imagine que o Sol está inundando a Terra com esta radiação e que, como uma espécie, você quer observar coisas que são refletidas pela radiação eletromagnética, certo? E é mais útil ser capaz de perceber as coisas onde existe mais radiação eletromagnética. Bom, é possível que em outras realidades, ou em outros planetas, existam espécies que percebam mais a faixa do ultravioleta ou mais a faixa do infravermelho, até mesmo na Terra a gente já tem algumas espécies que são assim, mas nós não vemos ou enxergamos muito bem nessa parte do espectro, onde o Sol joga muita radiação em nós. Bom, se esta ideia da luz ter propriedades tanto de ondas quanto de partículas te confunde um pouco, ou se você não achar isso muito intuitivo, não se preocupe, porque até mesmo para os melhores físicos isso pode acontecer.