Óptica

Tópicos da História da Física Clássica
Óptica
Victor O. Rivelles
Instituto de Física da Universidade de São Paulo
Edifício Principal, Ala Central, sala 354
e-mail: [email protected]
http://www.fma.if.usp.br/~rivelles
Descartes
Le Monde, (ou Tratado sobre a Luz) de R.Descartes, 1633.
Trata da filosofia, física e biologia. Influenciou Newton e outros.
Descartes
Le Monde, (ou Tratado sobre a Luz) de R.Descartes, 1633.
Trata da filosofia, física e biologia. Influenciou Newton e outros.
O universo é composto de pequenos corpúsculos de matéria
(atomismo).
Não existe vácuo: a matéria está em movimento constante de
forma a evitar a formação do vácuo.
Vórtices de matéria explicariam a criação do sistema solar e o
movimento orbital dos planetas.
Descartes
Le Monde, (ou Tratado sobre a Luz) de R.Descartes, 1633.
Trata da filosofia, física e biologia. Influenciou Newton e outros.
O universo é composto de pequenos corpúsculos de matéria
(atomismo).
Não existe vácuo: a matéria está em movimento constante de
forma a evitar a formação do vácuo.
Vórtices de matéria explicariam a criação do sistema solar e o
movimento orbital dos planetas.
A propagação da luz é similar à transmissão de um impulso
mecânico através de uma bengala que um cego usa ao bater em
vários objetos.
Descartes
Le Monde, (ou Tratado sobre a Luz) de R.Descartes, 1633.
Trata da filosofia, física e biologia. Influenciou Newton e outros.
O universo é composto de pequenos corpúsculos de matéria
(atomismo).
Não existe vácuo: a matéria está em movimento constante de
forma a evitar a formação do vácuo.
Vórtices de matéria explicariam a criação do sistema solar e o
movimento orbital dos planetas.
A propagação da luz é similar à transmissão de um impulso
mecânico através de uma bengala que um cego usa ao bater em
vários objetos.
A luz é associada com o movimento
num meio, uma perturbação que
propaga-se por meios mecânicos.
Descartes
Le Monde, (ou Tratado sobre a Luz) de R.Descartes, 1633.
Trata da filosofia, física e biologia. Influenciou Newton e outros.
O universo é composto de pequenos corpúsculos de matéria
(atomismo).
Não existe vácuo: a matéria está em movimento constante de
forma a evitar a formação do vácuo.
Vórtices de matéria explicariam a criação do sistema solar e o
movimento orbital dos planetas.
A propagação da luz é similar à transmissão de um impulso
mecânico através de uma bengala que um cego usa ao bater em
vários objetos.
A luz é associada com o movimento
num meio, uma perturbação que
propaga-se por meios mecânicos.
Reflexão da luz: a luz comporta-se de
forma semelhante a uma bola ao atingir
uma parede.
Descartes
Refração da luz: a luz comporta-se de
forma semelhante a uma bola que rasga
um pedaço de tecido roto. A
componente da velocidade
perpendicular ao tecido é diminuída e a
componente paralela permanece
inalterada. O raio de luz seria desviado
na direção oposta à normal!!!
Descartes
Refração da luz: a luz comporta-se de
forma semelhante a uma bola que rasga
um pedaço de tecido roto. A
componente da velocidade
perpendicular ao tecido é diminuída e a
componente paralela permanece
inalterada. O raio de luz seria desviado
na direção oposta à normal!!!
Descartes então afirma que quando a bola atinge o tecido sua
velocidade perpendicular ao tecido aumenta !!! O raio de luz é
desviado na direção da normal.
Descartes
Refração da luz: a luz comporta-se de
forma semelhante a uma bola que rasga
um pedaço de tecido roto. A
componente da velocidade
perpendicular ao tecido é diminuída e a
componente paralela permanece
inalterada. O raio de luz seria desviado
na direção oposta à normal!!!
Descartes então afirma que quando a bola atinge o tecido sua
velocidade perpendicular ao tecido aumenta !!! O raio de luz é
desviado na direção da normal.
Isso implica que a luz viaja mais rápido na água do que no ar! O
teste experimental teve que esperar 200 anos!
Descartes
Refração da luz: a luz comporta-se de
forma semelhante a uma bola que rasga
um pedaço de tecido roto. A
componente da velocidade
perpendicular ao tecido é diminuída e a
componente paralela permanece
inalterada. O raio de luz seria desviado
na direção oposta à normal!!!
Descartes então afirma que quando a bola atinge o tecido sua
velocidade perpendicular ao tecido aumenta !!! O raio de luz é
desviado na direção da normal.
Isso implica que a luz viaja mais rápido na água do que no ar! O
teste experimental teve que esperar 200 anos!
Sucesso: explica a lei de Snell.
Descartes
Refração da luz: a luz comporta-se de
forma semelhante a uma bola que rasga
um pedaço de tecido roto. A
componente da velocidade
perpendicular ao tecido é diminuída e a
componente paralela permanece
inalterada. O raio de luz seria desviado
na direção oposta à normal!!!
Descartes então afirma que quando a bola atinge o tecido sua
velocidade perpendicular ao tecido aumenta !!! O raio de luz é
desviado na direção da normal.
Isso implica que a luz viaja mais rápido na água do que no ar! O
teste experimental teve que esperar 200 anos!
Sucesso: explica a lei de Snell.
Problema: Descartes acreditava que a luz propaga-se
instantâneamente: Ela chega aos nossos olhos vindo de um
objeto num instante ... para mim isto é tão certo que se
estivesse errado eu estaria pronto a confessar que não sei
absolutamente nada de filosofia.
Newton
Opticks, de I. Newton, 1704.
Diferentemente do Principia, este livro
contém uma coleção de experimentos e
várias deduções à partir dos mesmos.
Não trata da óptica geométrica mas da
natureza da luz, da cor e do fenômeno
da difração.
Newton
Opticks, de I. Newton, 1704.
Diferentemente do Principia, este livro
contém uma coleção de experimentos e
várias deduções à partir dos mesmos.
Não trata da óptica geométrica mas da
natureza da luz, da cor e do fenômeno
da difração.
Newton usou a proposta de Descartes e
assumiu que a luz era composta de
partículas.
Newton
Opticks, de I. Newton, 1704.
Diferentemente do Principia, este livro
contém uma coleção de experimentos e
várias deduções à partir dos mesmos.
Não trata da óptica geométrica mas da
natureza da luz, da cor e do fenômeno
da difração.
Newton usou a proposta de Descartes e
assumiu que a luz era composta de
partículas.
Usou o fato de que sombras bem delineadas podem ser
formadas por obstáculos sólidos no caminho da luz. Se a luz
fosse composta de pulsos num meio ela deveria se comportar
como ondas de som.
Huygens
Polarização: Newton achava que
as partículas de luz tinham lados
e eram retangulares.
Huygens
Polarização: Newton achava que
as partículas de luz tinham lados
e eram retangulares.
Treatise on Light, de C.
Huygens, 1690. Apresentou a
teoria da luz como impulsos num
meio.
Huygens
Polarização: Newton achava que
as partículas de luz tinham lados
e eram retangulares.
Treatise on Light, de C.
Huygens, 1690. Apresentou a
teoria da luz como impulsos num
meio.
Não é a teoria ondulatória usual pois movimentos periódicos
ainda não haviam sido estudados adequadamente.
Explica reflexão, refração e interferência além da polarização.
Huygens
Polarização: Newton achava que
as partículas de luz tinham lados
e eram retangulares.
Treatise on Light, de C.
Huygens, 1690. Apresentou a
teoria da luz como impulsos num
meio.
Não é a teoria ondulatória usual pois movimentos periódicos
ainda não haviam sido estudados adequadamente.
Explica reflexão, refração e interferência além da polarização.
Por outro lado, Newton sugeriu que a luz poderia ter
propriedades periódicas a fim de explicar a refração.
Velocidade da Luz
Thomas Hobbes em 1644 e Huygens em 1690 propuseram a
teoria de que a luz consiste de pulsos que se propagam e que a
velocidade de propagação é menor em meios mais densos.
Velocidade da Luz
Thomas Hobbes em 1644 e Huygens em 1690 propuseram a
teoria de que a luz consiste de pulsos que se propagam e que a
velocidade de propagação é menor em meios mais densos.
Para decidir entre ambas era necessário medir a velocidade da
luz no ar e na água.
Velocidade da Luz
Thomas Hobbes em 1644 e Huygens em 1690 propuseram a
teoria de que a luz consiste de pulsos que se propagam e que a
velocidade de propagação é menor em meios mais densos.
Para decidir entre ambas era necessário medir a velocidade da
luz no ar e na água.
Em 1638 Galileu tentou medir a velocidade da luz mas não
obteve resultados conclusivos: Quando vemos a artilharia
atirando a uma distância muito grande o lampejo atinge nossos
olhos num lapso de tempo muito curto; mas o som atinge
nossos ouvidos somente após um intervalo de tempo razoável.
Velocidade da Luz
Thomas Hobbes em 1644 e Huygens em 1690 propuseram a
teoria de que a luz consiste de pulsos que se propagam e que a
velocidade de propagação é menor em meios mais densos.
Para decidir entre ambas era necessário medir a velocidade da
luz no ar e na água.
Em 1638 Galileu tentou medir a velocidade da luz mas não
obteve resultados conclusivos: Quando vemos a artilharia
atirando a uma distância muito grande o lampejo atinge nossos
olhos num lapso de tempo muito curto; mas o som atinge
nossos ouvidos somente após um intervalo de tempo razoável.
Em 1676 Ole Rømer previu um atraso
de 22 minutos no eclipse de Io, um dos
satélites de Júpiter, quando a Terra está
em pontos opostos de sua órbita.
Velocidade da Luz
Thomas Hobbes em 1644 e Huygens em 1690 propuseram a
teoria de que a luz consiste de pulsos que se propagam e que a
velocidade de propagação é menor em meios mais densos.
Para decidir entre ambas era necessário medir a velocidade da
luz no ar e na água.
Em 1638 Galileu tentou medir a velocidade da luz mas não
obteve resultados conclusivos: Quando vemos a artilharia
atirando a uma distância muito grande o lampejo atinge nossos
olhos num lapso de tempo muito curto; mas o som atinge
nossos ouvidos somente após um intervalo de tempo razoável.
Em 1676 Ole Rømer previu um atraso
de 22 minutos no eclipse de Io, um dos
satélites de Júpiter, quando a Terra está
em pontos opostos de sua órbita.
Juntamento com Huygens, calcularam a
velocidade da luz: cerca de 2 × 108 m/s.
Velocidade da Luz
Isso confirmou que a luz não se propaga instantâneamente mas
leva um tempo finito.
Velocidade da Luz
Isso confirmou que a luz não se propaga instantâneamente mas
leva um tempo finito.
Em 1862 L. Foucault determinou a velocidade da luz em
2.98 × 108 m/s.
Velocidade da Luz
Isso confirmou que a luz não se propaga instantâneamente mas
leva um tempo finito.
Em 1862 L. Foucault determinou a velocidade da luz em
2.98 × 108 m/s.
Em 1856 W. E. Weber mediu õ10 0 e encontrou um valor
numérico próximo da velocidade da luz.
Só em meados do século 19 é que se pode medir a velocidade
da luz no ar e na água!
Teoria Ondulatória da Luz
Até o início do século 19 a teoria de Newton era a preferida.
Teoria Ondulatória da Luz
Até o início do século 19 a teoria de Newton era a preferida.
Thomas Young e Augustin Fresnel colocaram a teoria
ondulatória da luz numa base extremamente firme entre 1800 e
1820.
Teoria Ondulatória da Luz
Até o início do século 19 a teoria de Newton era a preferida.
Thomas Young e Augustin Fresnel colocaram a teoria
ondulatória da luz numa base extremamente firme entre 1800 e
1820.
Utilizaram a
superposição de
ondas: interferência.
Teoria Ondulatória da Luz
Até o início do século 19 a teoria de Newton era a preferida.
Thomas Young e Augustin Fresnel colocaram a teoria
ondulatória da luz numa base extremamente firme entre 1800 e
1820.
Utilizaram a
superposição de
ondas: interferência.
Experiência da fenda
dupla de Young.
Teoria Ondulatória da Luz
Até o início do século 19 a teoria de Newton era a preferida.
Thomas Young e Augustin Fresnel colocaram a teoria
ondulatória da luz numa base extremamente firme entre 1800 e
1820.
Utilizaram a
superposição de
ondas: interferência.
Experiência da fenda
dupla de Young.
http://http://www.youtube.com/watch?v=dNx70orCPnA
Teoria Ondulatória da Luz
Até o início do século 19 a teoria de Newton era a preferida.
Thomas Young e Augustin Fresnel colocaram a teoria
ondulatória da luz numa base extremamente firme entre 1800 e
1820.
Utilizaram a
superposição de
ondas: interferência.
Experiência da fenda
dupla de Young.
http://http://www.youtube.com/watch?v=dNx70orCPnA
Usando as equações de Fresnel para a difração, Poisson
demonstrou que se houvesse um pequeno disco redondo
colocado no caminho do raio de luz, uma marca brilhante
deveria aparecer no centro da sombra!!!
Teoria Ondulatória da Luz
A mancha brilhante de Poisson.
Teoria Ondulatória da Luz
A mancha brilhante de Poisson.
Em 1850 Fizeau e Foucault
demonstraram que a velocidade
da luz na água é menor do que
no ar: v = c/n, onde n é o índice
de refração.
Teoria Ondulatória da Luz
A mancha brilhante de Poisson.
Em 1850 Fizeau e Foucault
demonstraram que a velocidade
da luz na água é menor do que
no ar: v = c/n, onde n é o índice
de refração.
Em 1862 Maxwell mostra que a velocidade de propagação de
uma onda eletromagnética é √µ10 0 e conclui: É muito difícil evitar
a conclusão de que a luz consiste de ondas transversais do
mesmo meio que é a causa dos efeitos elétricos e magnéticos.
A luz é uma onda transversal de campos elétricos e magnéticos!
Teoria Ondulatória da Luz
A mancha brilhante de Poisson.
Em 1850 Fizeau e Foucault
demonstraram que a velocidade
da luz na água é menor do que
no ar: v = c/n, onde n é o índice
de refração.
Em 1862 Maxwell mostra que a velocidade de propagação de
uma onda eletromagnética é √µ10 0 e conclui: É muito difícil evitar
a conclusão de que a luz consiste de ondas transversais do
mesmo meio que é a causa dos efeitos elétricos e magnéticos.
A luz é uma onda transversal de campos elétricos e magnéticos!
Em 1864 em A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field:
A luz é uma perturbação eletromagnética propagada através do
campo de acordo com as leis eletromagnéticas.
Teoria Ondulatória da Luz
Teoria Ondulatória da Luz
Polarização : explicada por ondas
transversais.
Teoria Ondulatória da Luz
Polarização : explicada por ondas
transversais.
Problema: deve existir um meio
sólido para transportar a onda
transversal: o éter luminífero.
Teoria Ondulatória da Luz
Polarização : explicada por ondas
transversais.
Problema: deve existir um meio
sólido para transportar a onda
transversal: o éter luminífero.
O éter deve ocupar todo o espaço e os corpos.
Teoria Ondulatória da Luz
Polarização : explicada por ondas
transversais.
Problema: deve existir um meio
sólido para transportar a onda
transversal: o éter luminífero.
O éter deve ocupar todo o espaço e os corpos.
p
Como a velocidade da onda no sólido é T /ρ, T é a tensão do
sólido e ρ sua densidade, isso significa que o éter possui uma
tensão muito grande e é pouco denso!
Teoria Ondulatória da Luz
Polarização : explicada por ondas
transversais.
Problema: deve existir um meio
sólido para transportar a onda
transversal: o éter luminífero.
O éter deve ocupar todo o espaço e os corpos.
p
Como a velocidade da onda no sólido é T /ρ, T é a tensão do
sólido e ρ sua densidade, isso significa que o éter possui uma
tensão muito grande e é pouco denso!
Solução: relatividade restrita de Einstein em 1905.