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Desde
pequenos notamos que há uma sucessão cíclica
de dias e noites, como conseqüência do movimento
aparente do Sol. Sabemos que durante o dia o Sol transmite
luz e calor de um lado da Terra e durante a noite ele ilumina
e esquenta o lado oposto. Recentemente vivenciamos essa
diferença em transmissões ao vivo de eventos
esportivos que ocorreram na Austrália e na Malásia.
Além do Sol conhecemos outras fontes de luz como
as lâmpadas elétricas, velas e fogo. Hoje em
dia não se vê com freqüência lamparinas
e lampiões de gás.
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Os
nossos sentidos nos dão conta que as luzes provem de uma
certa fonte primária ou secundária. Fontes primárias
são, por exemplo, o Sol, a lâmpada elétrica,
o fogo, que tem luz própria. Já as fontes secundárias
transmitem luz recebida de uma fonte primária, por exemplo,
a Lua que reflete a luz do Sol. Estrelas são fontes primárias,
mas com exceção do Sol, que está relativamente
perto de nós, aparentam pouca luminosidade por estarem a
muitos anos-luz de distância. Por outro lado, planetas como
Vênus, Marte, e Júpiter, que são fontes secundárias
como a Lua, tem aparência de estrelas.
Nas
fontes primárias há a produção de energia
em quantidade suficiente tal que haja emissão de luz e calor.
Numa vela a combustão do pavio faz derreter a parafina que
em temperatura ambiente é sólida. Com o calor, além
de derreter, a parafina passa do estado líquido para o gasoso.
O gás sobe por convecção e é queimado
produzindo uma chama colorida. As regiões com cores diferentes
correspondem a temperaturas diferentes. Numa lâmpada elétrica
o filamento de tungstênio é aquecido a altíssimas
temperaturas pela passagem da corrente elétrica e se acende
emitindo calor e luz. No sol parte da energia liberada em reações
envolvendo os núcleos dos átomos (reações
nucleares) é emitida na forma de luz e calor. Nas lâmpadas
fluorescentes a eletricidade faz com que os átomos do gás
existente dentro do tubo de lâmpada sejam excitados e emitam
luz ao se desexcitarem.
Os nossos olhos reagem à luz. A luz emitida por uma fonte
ou a refletida num objeto excita os nossos olhos e assim vemos diferentes
coisas. Mas e o que é a luz?
Desde a antiguidade filósofos e cientistas se dedicaram para
explicar os fenômenos observados com a luz e discutiram sobre
a natureza da luz.
Entre
os antigos gregos, a escola pitagórica acreditava
que todo objeto visual emitia partículas. Já
Aristóteles concluiu que a luz era um fenômeno
ondulatório. Newton acreditava na
natureza particular da luz (1672) embora no decorrer do
tempo tenha manifestado sérias dúvidas a respeito.
Essa controvérsia continuou ao longo dos tempos até
a formulação da teoria aceita atualmente:
a teoria dos fótons.
Os antigos
gregos descobriram que a luz se propaga em linha reta. Heron
de Alexandria descobriu em experiências feitas com
espelhos, que um feixe de luz refletida volta ao meio com
o mesmo ângulo de incidência. O grego Claudius
Ptolomy fez uma lista de ângulos de incidência
e de refração que podem ter sido anotações
de observações da refração na
interface ar-água.
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Em 1621 um matemático holandês Snell
explicou o fenômeno observado quando se coloca um
bastão reto dentro da água. Dependendo da
inclinação, a parte submersa aparenta ter
outra direção. Parece ser um bastão
quebrado. Se o bastão é colocado perpendicularmente
à superfície, não se mostrará
truncado.
Snell
mostrou que quando a luz atravessa o ar e encontra uma superfície
de água, parte da luz é refletida na superfície
da água como previsto por Heron e parte da luz entra
no outro meio, mudando de direção, mas continua
caminhando em linha reta. Não há contradição
com a teoria que a luz caminha em linha reta, porque em
cada meio transparente a teoria é respeitada.
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A
luz, que leva a imagem do bastão aparentemente truncado
para os nossos olhos, se propaga em linha reta no ar, muda
de direção ao atravessar a interface água-ar
e continua em linha reta dentro da água. A luz bate
e reflete no bastão, se propaga até chegar
e impressionar os nossos olhos. As deflexões sofridas
pelos raios de luz nas interfaces de meios diferentes dão
a sensação de quebra do bastão.
Snell
estudou a propagação da luz em diferentes
meios como ar, vidro e água e notou que cada interface
determina um desvio diferente e deu o nome de refração
para a deflexão observada. Materiais diferentes apresentam
índices de refração diferentes. Foi
um outro holandês Christian Huygens
que sugeriu que os índices de refração
estão relacionados à velocidade da luz ao
atravessar esses materiais.
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