Luz

O que é luz

O que chamamos de luz é a parte do espectro eletromagnético que pode ser percebida pelo olho humano . Existem, além da luz, várias formas de radiação eletromagnética no universo , que se propagam pelo espaço e transportam energia de um lugar para outro (como a radiação ultravioleta ou os raios X), mas nenhuma delas pode ser percebida naturalmente.

A luz visível é composta de fótons (do grego phos, “luz”) , um tipo de partículas elementares sem massa . Os fótons se comportam de uma maneira dupla:  como ondas e como partículas . Essa dualidade confere à luz propriedades físicas únicas.

A óptica é o ramo da física que estuda a luz , suas propriedades, comportamento, interação e seus efeitos sobre o assunto . No entanto, a luz é o estudo de muitas outras disciplinas  como química , relatividade geral ou física quântica , entre outras.

Veja também: matéria escura

História da luz

A natureza da luz intrigou a raça humana para sempre. Nos tempos antigos, era considerado uma propriedade da matéria , algo que emanava das coisas. Também estava ligado ao Sol , estrela-rei na maioria das religiões e cosmovisões da humanidade primitiva e, portanto, também com o calor e com a vida .

Os antigos gregos entendiam a luz como algo próximo da verdade das coisas. Foi estudado por filósofos como Empédocles e Euclides, que já haviam descoberto várias de suas propriedades físicas. A partir do Renascimento europeu, no século XV, seu estudo e aplicação à vida humana tiveram um grande impulso , com o desenvolvimento da física e da óptica modernas .

Posteriormente, a gestão da eletricidade permitiu a iluminação artificial de residências e cidades , deixando de depender do Sol ou da queima de combustíveis (diesel ou lâmpadas de querosene). Assim, as bases da engenharia óptica que se desenvolveu no século 20 foram semeadas.

Graças à eletrônica e à óptica, foi possível desenvolver aplicações para a luz que séculos atrás seriam impensáveis. Nossa compreensão de seu funcionamento físico aumentou, em parte graças às teorias quânticas e ao enorme avanço na física e na química que ocorreu graças a elas.

Graças à luz e ao seu estudo, existem tecnologias tão diversas como lasers, cinema , fotografia , fotocópia ou painéis fotovoltaicos .

Características da luz

A luz é uma emissão ondulatória e corpuscular de fótons , ou seja, ao mesmo tempo se comporta como se fosse feita de ondas e matéria.

Viaja sempre em linha reta , a uma velocidade definida e constante. A frequência das ondas de luz determina o nível de energia da luz e é o que diferencia a luz visível de outras formas de radiação.

Embora a luz em geral (tanto do Sol quanto de uma lâmpada) pareça branca, ela contém ondas com comprimentos de onda que correspondem a cada cor no espectro visível.

Isso pode ser evidenciado apontando-o para um prisma e quebrando-o em tons de arco – íris . O fato de um objeto ter uma cor específica é consequência do pigmento do objeto absorvendo certos comprimentos de onda e refletindo outros, refletindo o comprimento de onda da cor que vemos.

Se vemos um objeto branco, é porque o pigmento reflete toda a luz que é emitida sobre ele, todos os comprimentos de onda. Se, por outro lado, o vemos preto é porque ele absorve toda a luz e nada se reflete, não vemos nada, ou seja, vemos preto. As cores do espectro perceptíveis por nossos olhos variam do vermelho (700 nanômetros de comprimento de onda) ao violeta (400 nanômetros de comprimento de onda).

Propagação de luz

A luz viaja em linha reta e a uma velocidade de 299.792.4458 metros por segundo no vácuo. Se tiver que passar por mídia densa ou complexa, ele se moverá em velocidades mais lentas.

O astrônomo dinamarquês Ole Roemer fez a primeira medição aproximada da velocidade da luz em 1676 . Desde então, a física aperfeiçoou bastante os mecanismos de medição .

O fenômeno das sombras também tem a ver com a propagação da luz: ao atingir um objeto opaco, a luz projeta sua silhueta no fundo, delineando a porção bloqueada pelo objeto. Existem dois graus de sombra: um mais claro, chamado penumbra; e outra mais escura, chamada umbra.

A geometria tem sido uma ferramenta importante para estudar a propagação da luz ou projetar artefatos para obter certos efeitos, por exemplo, o telescópio e o microscópio .

Fenômenos de luz

Os fenômenos da luz são alterações que ela experimenta quando submetida a certos meios ou certas condições físicas. Muitos deles são visíveis diariamente, mesmo que não saibamos realmente como funcionam.

• Reflexão. Ao atingir certas superfícies, a luz é capaz de “saltar”, ou seja, de mudar sua trajetória em certos ângulos previsíveis. Por exemplo, se o objeto que atinge um determinado ângulo é liso e tem propriedades reflexivas (como a superfície de um espelho), a luz será refletida em um ângulo igual ao do incidente, mas na direção oposta. É assim que os espelhos funcionam.
• Refração. Quando a luz passa de um meio transparente para outro, com densidades diferentes , ocorre um fenômeno conhecido como “refração”. O exemplo clássico é a passagem da luz entre o ar (menos denso) e a água (mais denso), o que pode ser evidenciado colocando um talheres em um copo d’água e percebendo como a imagem dos talheres parece estar interrompida e duplicada, pois se houver um “erro” na imagem. Isso ocorre porque a água muda a direção de propagação à medida que passa de um meio para o outro.
• Difração. Quando os raios de luz circundam um objeto ou passam por aberturas em um corpo opaco, eles experimentam uma mudança em sua trajetória, produzindo um efeito de abertura, como ocorre com os faróis de um carro à noite. Este fenômeno é típico de todas as ondas.
• A dispersão. Esta propriedade da luz é o que nos permite obter o espectro total da cor espalhando o feixe de luz, ou seja, é o que acontece quando o fazemos passar por um prisma, ou o que acontece quando a luz passa pelas gotas de chuva na atmosfera e assim gera um arco-íris.
• Polarização. A luz é composta por oscilações do campo elétrico e magnético que podem ter diferentes direções. A polarização da luz é um fenômeno que ocorre quando, por exemplo, por meio de um polarizador (como óculos de sol) as direções de oscilação são diminuídas para que a luz se espalhe com menor intensidade.

Luz solar e luz artificial

A fonte de luz tradicional da humanidade tem sido a do Sol, que irradia constantemente luz visível, calor, luz ultravioleta e outros tipos de radiação.

A luz solar é essencial para a fotossíntese e para manter a temperatura do planeta em faixas compatíveis com a vida. É semelhante à luz que observamos das outras estrelas da galáxia , embora estejam a bilhões de quilômetros de distância.

Desde muito cedo, o ser humano tenta imitar esta fonte de luz natural . Inicialmente, ele o fez dominando o fogo, com tochas e fogueiras que exigiam materiais combustíveis e não eram muito duráveis.

Posteriormente utilizou velas de cera que queimavam de forma controlada, e muito mais tarde criou candeeiros de rua que queimavam óleo ou outros hidrocarbonetos , dando origem à primeira rede de iluminação urbana, que mais tarde foi substituída pelo gás natural . Eventualmente, chegou-se ao uso da eletricidade , sua versão mais segura e eficiente.

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