O que é a luz?

A luz é um fenómeno físico que consiste no conjunto das radiações visíveis pelo olho humano. Trata-se de uma radiação electromagnética e o registo deste tipo de radiações designa-se por espectro electromagnético [Fig.1].

[Fig.1] Espectro electromagnético

Através da observação deste espectro é possível deduzir que:
-o comprimento de onda varia inversamente à frequência;
-a frequência e a energia da radiação são grandezas directamente proporcionais;
-o ser humano vê apenas radiações cujo comprimento de onda varia entre 400 e 750 nm (aproximadamente);
-as diferentes cores correspondem a radiações de diferentes frequências.

Todas as radiações electromagnéticas apresentam a dualidade onda-partícula, isto é, possuem características e comportamentos típicos de onda e de partícula.

O que é uma onda?
Uma onda consiste numa transferência de energia, sem transporte de matéria, através da propagação de uma perturbação. Caracteriza-se pelo:
-Ciclo – cada repetição periódica;
-Comprimento de onda - distância entre dois pontos iguais de ciclos sucessivos. É representado pela letra grega landa (λ) e a unidade S.I. é o metro (m) [Fig.2];
-Frequência - número de ciclos realizados por segundo. A unidade S.I. é o Hertz (Hz);
-Amplitude - altura da onda, do estado de repouso até ao máximo atingido.

[Fig.2] Representação do comprimento de onda

As ondas, quando sujeitas a determinados factores, realizam fenómenos de reflexão, refracção e difracção.

Reflexão da luz
Este fenómeno consiste no desvio da trajectória de um feixe luminoso, quando este incide sobre uma superfície.
Se a superfície não for perfeitamente polida, o feixe reflecte em todas as direcções - reflexão difusa da luz [Fig.3].
Caso seja, a luz apenas reflecte numa única direcção - reflexão regular da luz [Fig.4].

[Fig.3] Reflexão difusa da luz

[Fig.4] Reflexão Regular da luz

Leis gerais sobre reflexão regular:
-o ângulo do raio incidente é igual ao ângulo do raio reflectido [Fig.5];
-o raio incidente, o raio reflectido e a normal pertencem ao mesmo plano [Fig.6].

[Fig.5] a = a’

[Fig.6] RI, N RR pertencem ao mesmo plano

Refracção da luz
Este fenómeno consiste na mudança de direcção do feixe luminoso, quando este atravessa uma superfície de separação entre dois meios cujas velocidades de propagação são diferentes [Fig.7]. A velocidade de propagação varia inversamente à densidade do meio.

[Fig.7] Refracção na água

Difracção da luz
Este fenómeno consiste no desvio das ondas quando estas encontram um obstáculo, nomeadamente fendas.
Se o comprimento de onda for:
-menor que a fenda, ocorre uma pequena difracção [Fig.8];
-maior que a fenda, ocorre uma acentuada difracção [Fig.9].

[Fig.8] Pequena difracção

[Fig.9] Acentuada difracção

Relativamente ao comprimento de onda:
-se for elevado, a onda não é muito direccional, propagando-se em todas as direcções, contornando os obstáculos;
-se for pequeno, a onda praticamente não se difracta.

O que é uma partícula?
Todas as radiações electromagnéticas são constituídas por partículas elementares denominadas fotões.
O fotão não possui massa detectável, move-se à velocidade da luz, dependendo do meio em que se propaga, e é capaz de transferir a sua energia para outras partículas, podendo dar origem, por exemplo, ao efeito fotoeléctrico.
Este efeito consiste na emissão de electrões por parte de um material metálico, quando este é exposto a uma radiação electromagnética cuja energia é igual ou superior à energia de ionização do metal [Fig.10].

[Fig.10] Representação do do Efeito Fotoeléctrico

No estado fundamental, os electrões do metal encontram-se nas órbitas mais próximas do núcleo. Quando o átomo é sujeito a radiações electromagnéticas, estas vão excitar os electrões, fornecendo-lhes energia. Se essa energia, comparativamente à energia de ionização do metal, for:
-menor, os electrões são excitados, mas não são libertados da acção do núcleo - Não há efeito fotoeléctrico;
-igual, os electrões são excitados, saindo do raio de acção do núcleo (ionização do átomo). Contudo, os electrões ejectados não possuem energia cinética. – Há efeito fotoeléctrico;
-maior, os electrões são excitados, saindo do raio de acção do núcleo (ionização do átomo). A energia excedente dos electrões converte-se em energia cinética. – Há efeito fotoeléctrico.

Condicionantes do efeito fotoeléctrico:
-tipo de metal – as energias de ionização variam consoante o metal;
-frequência da radiação – quanto maior, maior é a energia cinética dos electrões ejectados;
-intensidade da radiação – quanto maior, maior o número de electrões ejectados.

Albert Einstein [Fig.11] foi o responsável pela explicação deste fenómeno, em 1905.

[Fig.11] Albert Einstein