Polarização da luz, linear e circular

RKA7MP E aí, pessoal! Neste vídeo, nós vamos falar sobre polarização. Se você nunca ouviu falar sobre polarização, eu já vou lhe adiantar uma coisa. Polarização é algo extremamente importante e útil para toda a física e, principalmente, para a parte de óptica da física. Imaginem que eu tenho uma onda se propagando, uma onda eletromagnética, aqui eu vou ter um observador, vou desenhar uma espécie de olho, eu não sou perito em desenhar olhos. E aqui eu vou ter, por exemplo, a direção de propagação do campo eletromagnético, desculpem, do campo elétrico, e perpendicular a isto eu teria, vai ficar meio difícil desenhar porque aqui é 2D, mas seria mais ou menos esta direção de propagação do campo magnético. Mas para a gente, por enquanto, o campo magnético não vai importar. O que eu quero que vocês saibam é que a polarização acontece da seguinte forma: Imaginem que eu estou olhando paralelo a esta superfície. Imaginem que este seja o eixo "x", isso vai ficar muito difícil de visualizar, vamos tentar fazer o nosso melhor. Imaginem que eu esteja olhando de frente para este eixo, como se estivesse chegando reto, perpendicular ao plano do meu olho. Aqui eu teria o eixo "y", eixo "y", aqui eu teria o eixo "z", agora, imaginem que o eixo "x" seja este eixo que está aqui, entrando no plano do quadro que estou usando. O que eu veria quando olhasse para esta luz, quando eu tivesse esta direção de propagação do campo elétrico? Eu veria uma parte para cima, quando o campo elétrico estivesse apontando para cima, e uma parte para baixo, quando o campo elétrico estivesse para baixo. Agora, imaginem que, ao invés de ter exatamente no meu eixo "z", eu tivesse esta mesma configuração, só que vamos supor que eu tivesse uma onda assim, vamos supor que eu tivesse uma onda que tivesse no mesmo plano do campo magnético, mas ainda assim é um campo elétrico, eu quero que vocês se lembrem de que aqui é um campo elétrico. Aqui eu tenho a minha direção dos vetores. Se eu tivesse olhando para esta luz, eu veria, por exemplo, deixa eu desenhar outro eixo para não confundir, vou desenhar aqui outro eixo para não confundir. O que eu veria nesta nova onda? Eu veria uma polarização neste lado e quando o vetor estivesse aqui, eu veria esse tipo de configuração. E nós dizemos que ambos os casos são casos polarizados, ou seja, neles houve polarização de luz. Sempre que a luz, vou apagar tudo o que eu escrevi, sempre que a luz estiver nesta configuração aqui, em uma só direção, nós chamamos de polarização, dizemos que esta luz está polarizada. Mas vocês podem perguntar: "Então, isso é meio inútil, não é? Porque quando eu vou ter uma onda que não está polarizada? Para a luz não estar polarizada, a gente pode pegar, por exemplo, o simples Sol. O Sol fica emitindo luz polarizada a todo momento, e toda essa luz polarizada que sai do sol acaba sobrepondo uma à outra. Então, quando a gente enxerga a luz do Sol, a gente vê uma luz não polarizada porque ela está em várias direções, vou desenhar de novo o eixo, a gente veria, por exemplo, um campo que apontaria nesta direção, que ficaria nesta linha, nesta diagonal, outro que ficaria um pouquinho mais inclinado, poderia ter outro que fosse exatamente no eixo "z". E isto seria uma confusão. A luz do sol é polarizada, a luz que o Sol emite é polarizada mas, por ela sobrepor uma à outra por causa das várias ondas de luz que estão chegando até nós, ela acaba sendo não polarizada. E o mesmo acontece, por exemplo, com uma lâmpada incandescente que também emite luz e ela acaba sobrepondo uma à outra e isso acaba ficando não polarizado. E você pode perguntar qual é a utilidade, no mundo real, de eu saber se a luz é polarizada ou não. Deixe-me mostrar um exemplo que vai ficar incrivelmente simples de entender. Eu vou desenhar uma superfície. Imaginem que isto seja água, vamos imaginar que é água. Aqui eu tenho uma prancha de surf e eu estou exatamente em cima desta prancha, este aqui sou eu tentando me equilibrar nesta prancha de surf, ou melhor, vou desenhar o braço diferente para não ficar tão horrível esta minha concepção de mim mesmo. Agora, imaginem que tenha o Sol, e o Sol está iluminando, é um dia lindo. Imaginem que está bem ensolarado, poucas nuvens, e só lembrando que isto aqui é água. Se eu estou querendo olhar peixes que estão embaixo desta água, eu vou ter sérios problemas porque a luz vem do Sol, bate na água e reflete exatamente em meus olhos. Alguma parte desta luz que refletiu vai voltar, uma parte vai refletir em outras direções, mas alguma parte vai voltar para os meus olhos. E esta parte pode ser extremamente dolorosa, porque se vocês já foram para a praia em um dia ensolarado e conseguiram ver o reflexo do Sol na água, vocês sabem o quão horrível isso é. Então, esta luz que vem do Sol não é polarizada, mas depois que ela bateu na água, depois que ela refletiu da água, ela acaba sendo polarizada ou parcialmente polarizada, na maioria dos casos, parcialmente polarizada. O que define a polarização é a superfície. Vamos supor que esta superfície fosse horizontal. A luz do Sol ficaria polarizada parcialmente, horizontalmente ou totalmente. Só que totalmente é bem mais difícil do que parcialmente. Então, vamos supor que ela ficou parcialmente polarizada. Vocês podem perguntar: "Mas esta luz polarizada ainda está chegando nos meus olhos. Qual é a utilidade da polarização?" A utilidade da polarização é a gente criar um incrível invento chamado óculos escuros. Então, vamos supor que eu tenha uns óculos escuros, vou desenhar uns óculos escuros, mais ou menos assim, vamos supor que eu tenha óculos escuros. O que eu posso fazer com esta luz é polarizar meus óculos para só permitir a entrada de raios que estejam na vertical por exemplo. Desta maneira, todo este brilho que sobra por causa do sol refletindo na água, de certa forma, seria cancelado. E é isso o que acontece, por exemplo, quando você vai para a praia e compra culos polarizados, e você percebe que é muito mais agradável de olhar para toda aquela água, todo aquele sol refletindo na água, quando você está com óculos polarizados. É justamente porque você cancelou a maior parte dos raios que estava vindo do Sol. E, na verdade, um polarizador polarizador é um material que, geralmente, não é muito caro, é um material que só deixa uma luz, em certa orientação, passar. Por exemplo, posso ter um polarizador que só deixa um campo elétrico na vertical passar, ou eu posso ter um polarizador que só deixa campos horizontais passarem. E isto é muito útil na vida real. Existem pessoas que dirigem à noite, no meio de uma chuva muito forte. Quando a luz do farol do carro bate na água que está caindo da chuva , isso cria um brilho desagradável para quem está dirigindo. Então, existem pessoas que dirigem de noite com óculos escuros porque os óculos acabam não deixando aquela luz polarizada entrar, isso cancela o brilho e fica mais agradável de dirigir no meio de uma chuva forte. Parece meio loucura mas é verdade. E existe ainda um outro tipo de polarização. Esta polarização que eu falei, que eu demonstrei para vocês, é chamada de polarização linear. E vocês já devem ter entendido o porquê do linear. É porque ela só acontece em um sentido, ou horizontal, ou vertical, ou em uma diagonal. Mas acontece em um sentido. Antes de eu mostrar o outro tipo de polarização, deixe-me comentar uma coisa. A gente pode fazer um truque com o nosso olho, por exemplo, quando a gente vai a um cinema, a gente só enxerga em 3D porque o nosso olho tem um certo espaço entre os dois olhos, isso forma uma imagem. Vamos supor que a gente pegue estes óculos aqui e a gente polarize um olho em uma direção vou desenhar aqui, vamos supor que seja horizontal, e a gente polarize e outro olho em outra direção. Neste caso, a gente acabou de criar óculos de filmes 3D. E a gente prega uma peça em nosso olho, de certa forma, porque a gente faz a luz sair da tela, e uma luz estaria polarizada deste jeito, enquanto a outra luz estaria polarizada na horizontal, deste jeito, se propagando neste sentido. E quando ela chegasse no olho, um olho iria enxergar, na maior parte das vezes, uma polarização, e outro olho, outra polarização, e isso criaria aquela sensação de três dimensões no filme. É mais ou menos assim que os óculos funcionam. Agora, deixe-me comentar outro tipo de polarização. Vou só apagar tudo o que eu fiz aqui. Deixe-me comentar outro tipo de polarização. Como a gente viu que existe polarização linear, a gente também tem que saber que existe uma polarização muito importante, que é chamada de polarização circular. Agora, eu vou desenhar outra luz polarizada neste sentido aqui. Quando eu tiver, por exemplo, um campo aqui, eu vou ter um outro campo neste sentido. Então, se eu fosse desenhar de novo aquele meu eixo, como se eu estivesse olhando com o plano do meu olho perpendicular a esta onda, eu veria este raio, para este ponto, eu teria um resultante do campo elétrico aqui e eu teria um na horizontal, neste sentido. Então, o resultante seria este vetor. Óbvio, eu poderia aplicar Pitágoras para achar o comprimento deste vetor, mas não é isso em que estou interessado neste momento. E a mesma coisa aconteceria quando eu tivesse um resultante, um vetor de campo elétrico neste sentido, e o meu outro estivesse neste sentido. Então, eu teria um deste lado, e outro estaria no sentido para baixo, ou seja, negativo no eixo "z". O vetor resultante seria este. Eu teria uma polarização que ficaria nesta diagonal. Você pode perguntar qual é a utilidade disto, eu acabei de fazer outra polarização linear. Agora é que vem a mágica. Deixe-me apagar tudo isto de novo. E agora, eu vou mostrar para vocês a polarização circular. Prestem atenção na mágica da polarização circular. Quando eu tiver dois raios polarizados, sobrepondo um ao outro, só que um destes raios estiver em uma inversão de fase em PI (π) como a gente viu nos outros vídeos, interferência de filme fino, vou tentar desenhá-lo aqui, ficaria mais ou menos isto. Vamos desenhar o que a gente vai ver. Para este ponto, a gente tem este vetor de campo elétrico, deixe-me desenhar de novo o eixo. Para este ponto eu teria este vetor, o resultante seria este próprio vetor porque eu tenho zero no raio polarizado horizontalmente. Já neste ponto, eu teria zero neste vetor vertical e teria só a resultante do horizontal. Então, eu teria este resultante. Já neste ponto, eu tenho zero no horizontal e uma resultante negativa no vertical. Então, eu tenho este vetor resultante. E se eu pegasse este ponto, a minha resultante seria só este ponto na vertical. Acho que vocês já entenderam o padrão que vai aqui. Se eu pegasse os pontos médios, por exemplo, aqui ou aqui, a resultante eu teria um vetor pequeno aqui, e um vetor mais ou menos do mesmo tamanho na horizontal. Então, o resultante seria este aqui, este aqui, este aqui, acho que vocês já perceberam o que vai acontecer. Isto é chamado de polarização circular. E qual é o sentido desta polarização? Se o nosso olho estiver aqui, a onda que vai chegar primeiro é a que está mais para a direita. Como esta onda vai chegar antes desta, que chega antes desta, a gente pode fazer esta ordem de propagação, nós vamos ter popularizado a luz no sentido horário, uma polarização no sentido horário. E isso é importante porque, de certa forma, eu menti para vocês quando eu disse que no cinema a gente polarizava linearmente. Se no cinema, os óculos fossem polarizados linearmente, isso seria um grande problema, porque se a gente mexesse a cabeça e a inclinasse um pouquinho, a gente pararia de enxergar o filme, pararia de enxergar o cinema em três dimensões. Então, o que é feito na vida real é que um óculo é polarizado no sentido anti-horário e outro óculo é polarizado no sentido horário. E, dessa forma, a gente consegue ver o filme em 3D. Obrigado e até a próxima!