Luz

A luz é muito importante para o universo e nossa existência. A luz solar é a fonte de alimento de plantas e plâncton, que é a base da cadeia alimentar na Terra. A luz do sol também aquece o planeta e faz com que seja habitável. A luz também é necessária para a visão. No entanto, apesar de sua importância, os cientistas de hoje ainda não a compreendem completamente. Além disso, a velocidade limitada em que a luz pode viajar levanta muitas questões preocupantes, tanto para o Criacionismo quanto para a Teoria da Evolução.

O que é luz?

A luz visível se encontra dentro de uma pequena área do espectro electromagnético

A luz refere-se à porção de luz visível dentro do espectro electromagnético. Esta luz visível viaja através de campos eletromagnéticos, na forma de pacotes de energia chamados fótons. Um fóton é uma partícula elementar que viaja tanto como uma onda electromagnética quanto como uma partícula, e tem propriedades de ambos. Por exemplo, a luz pode ser refletida e refratada apenas como ondas, mas também pode atingir e afetar outras partículas como elétrons. Esta propriedade de luz é chamada dualidade onda-partícula. Os fótons viajam como ondas através de campos electromagnéticos. Estas ondas têm amplitude, que determina o brilho, e frequência, que determina a cor. Conforme estas ondas atingem nossos olhos, eles são interpretados como cores diferentes.

A luz pode ser produzida através de incandescência ou luminescência. A luz incandescente é emitida quando a energia eletromagnética é liberada a partir de um átomo aquecido. Incêndios, estrelas, e luz de lâmpadas emitem luz incandescente. A cor da luz emitida é dependente da quantidade de energia que os átomos tem. Átomos de menor energia emitem luz no espectro infravermelho, enquanto átomos de energia mais elevada emitem luz mais para a extremidade azul do espectro. A luz luminescente é emitida por elétrons excitados. Quando os elétrons são energizados, eles pulam para outro nível de elétrons, e depois saltam de volta para baixo ao seu nível original, e isto emite energia eletromagnética. A maioria das reações químicas, monitores de computador, e luzes de néon emitem luz luminescente.

A luz visível é a luz que vemos com os nossos olhos. Eles são ondas eletromagnéticas que são vistas como um arco-íris. A luz é dividida ao passar por um prisma, indo cada cor numa direção diferente, dependendo do comprimento de onda. O vermelho tem o comprimento de onda mais longo e a violeta tem o menor. As freqüências da luz visível, variam de 4-7.5 X 10¹⁴Hz. Embora existam várias cores diferentes de luz visível, existem muitos tipos de luz que não podem ser vistas. Os melhores exemplos destes seriam o infravermelho, ultravioleta, raios-X e raios gama.

História da Luz

Sir Isaac Newton foi uma das primeiras pessoas a propor uma teoria sobre o que é a luz. Ele alegou que a luz era um fluxo constante de partículas extremamente pequenas. Esta teoria foi aceita por um longo tempo. Em seguida, os cientistas começaram a notar propriedades da luz que não poderiam ser explicadas pela teoria de Newton. Por exemplo, quando a luz era passada através de uma fenda estreita, o feixe de luz apresentava interferência. Isso levou muitos cientistas a acreditar que a luz era uma onda, não um fluxo de partículas. Quando o trabalho feito por James Maxwell provou que as ondas elétricas e magnéticas viajam em ondas oscilantes entrelaçadas, a teoria da luz-onda tornou-se universalmente aceita. Cerca de vinte anos depois, notou-se que quando a luz entrava em contato com metal, correntes de elétrons eram originadas, algo que não concorda com a teoria de ondas eletromagnéticas de Maxwell. Albert Einstein, um físico alemão, explicou o fenômeno, propondo que a luz não era de fato uma onda, mas um pacote de energia em movimento chamado um fóton. Essa teoria ganhou o Prêmio Nobel em 1913. Mais tarde, o Prince Louis deBroglie examinou a teoria de Einstein de fótons e da teoria das ondas formadas por Max Plank e decidiu que ambas poderiam estar certos. Ele teorizou que a luz poderia realmente ser um fóton viajando como uma onda, tendo assim as propriedades de ambos. Este foi o nascimento da teoria da dualidade onda-partícula.

Propriedades da Luz

A luz tem muitas propriedades interessantes que ainda fascinam os físicos hoje.

Reflexão

Quando a luz atinge uma superfície reflexiva, ele vai rebater-lo em uma direção diferente. O ângulo do feixe refletido é igual ao ângulo do feixe que está incidindo na superfície reflexiva, ou, mais simplesmente indicado pela lei da reflexão, "o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão". Existem dois tipos de reflexão: especular e difusa. Reflexão especular é a que reflete de uma superfície plana, tal como um espelho. Isso produz uma imagem plana, sem perturbações. A reflexão difusa é reflexo saindo de uma superfície áspera ou irregular, produzindo uma imagem confusa e obscura.

Refração

Sempre que a luz viaja através de uma divisa entre dois meios, a luz muda sua direção. Isso é por causa da diferença de densidade entre os dois meios. Uma vez que um dos meios é mais denso do que o outro, a velocidade da luz dentro da forma mais densa é mais lenta, e isto provoca a flexão. Isto pode ser visto quando os itens subaquáticos tais como peixes parecem maiores, enquanto sob a água do que eles estão fora da água. Normalmente, sempre que a luz é refratada através de um meio, um pouco da luz reflete fora do meio em vez de passar por ele. Se a luz entra no meio a um determinado ângulo, no entanto, a luz irá refratar a noventa graus. O ângulo que a luz que entra tem de estar de forma a refratar a noventa graus dentro de uma determinada forma é chamado o ângulo crítico. Se a luz que entra num meio com um ângulo superior ao ângulo crítico, toda a luz irá refletir de volta. Isto é chamado de reflexão interna total. Isto é utilizado em fibras óticas para transmitir dados em longas distâncias usando ondas de luz sem perder qualquer um dos dados.

Um arco-íris é um exemplo de dispersão da luz

Dispersão

A luz branca que normalmente vemos não é realmente a cor branca. Na realidade, é uma combinação de todas as cores que faz com que a luz pareça ser de cor branca. Se a luz branca brilha através de um prisma ou objeto similar, a luz branca se dispersa e se separa em todas as cores. Um arco-íris é um exemplo de dispersão. Após uma tempestade, muitas pequenas partículas de água ficam suspensas no ar e, quando a luz branca atinge as gotas de água, elas agem como um prisma, fazendo com que a luz branca se separe em todas as cores.

Interference

Light waves are able to interact with each other while travelling through the same medium. When two light waves come into contact with each other, they will either be amplified or cancelled out. If the two waves that encounter each other are in phase with each other, then constructive interference will occur. In this case, the amplitudes of the two beams will combine and create one amplified beam. If the two waves are not in phase with each other, then destructive interference will occur. In this case, the two waves will cancel each other out. After the two waves have passed each other, however, they will go back to their original state with absolutely no change.

Diffraction

Light does not always travel in a straight line. When light encounters the corner of an object, the waves are altered, take on a new shape, and go in a new direction. This produces the fuzzy edge that most shadows have. This is also shown when light passes through a narrow slit. When light is shone through a slit, the waves interfere with each other, and instead of coming out as one beam, it comes out as many different beams of varying brightness.

Speed of Light

Light travels extremely fast, at 299,792,458 meters per second or 186,282 miles per second in a vacuum.