O que é polarização por reflexão?
Um dia, você e um amigo estão brincando com uma furadeira. Você segura uma ponta e seu amigo segura a outra. Mantendo-se a alguns metros de distância, você pode enviar uma onda pelo slinky movendo o braço para cima e para baixo ou de um lado para o outro, e a onda viajará pelo slinky até chegar ao seu amigo. Não importa para que lado você mova seu braço, a onda ainda viajará por toda a extensão do slinky. A única diferença entre mover o braço em diferentes direções é a polarização da onda. A polarização de uma onda é a direção em que uma onda vibra (ou oscila). Para cima e para baixo há uma polarização, lado a lado é outra, e há todas as diagonais intermediárias também.
Você pode polarizar uma onda de várias maneiras. A luz do sol é uma mistura de ondas de luz com todos os tipos de polarizações diferentes, e se você brilhar através de um filtro polarizador, que é como uma série de fendas, apenas a luz que está vibrando na direção das fendas será capaz de atravessar. Você poderia dizer que polarizou a luz.
Mas há outra maneira de polarizar a luz, chamada polarização por reflexão. Polarização por reflexão é quando você reflete a luz em uma superfície refletiva ou espelhada, de modo que a luz que se move para longe dessa superfície é polarizada. Quando a luz atinge uma superfície, parte dela será refratada , ela se dobrará e atravessará o material, e parte será refletida , ela será refletida para longe do material. Acontece que a luz que é polarizada na direção em que ocorre uma reflexão, no mesmo plano que o raio incidente e refletido tem mais probabilidade de ser refratada, e a luz que está polarizada a 90 graus neste plano tem mais probabilidade de ser refletida . Isso significa que a luz que reflete nas superfícies em direção aos seus olhos é luz polarizada.
Exemplos
Você já fez caminhadas com óculos de sol polarizados? Em um dia ensolarado, você deve ter notado reflexos cristalinos em um lago. Essas reflexões, como falamos, são polarizadas. Mas quando você coloca seus óculos de sol, pode notar que esses reflexos desaparecem. Isso ocorre porque seus óculos de sol funcionam por polarização. Eles só permitem que a luz polarizada de uma certa maneira passe por eles, então, a menos que os reflexos no lago sejam polarizados dessa forma, eles não passarão. Isso permite que você veja sob a superfície do lago.
Os polarizadores também podem ser colocados em monitores de computador ou telas de televisão para reduzir o brilho, já que o brilho nada mais é do que um reflexo, e esses reflexos são polarizados.
Lei de Brewster
A luz refletida é polarizada, mas não toda ela. Eu disse que estar no plano de uma reflexão torna a luz polarizada em 90 graus naquele plano mais provável de ser refletida, mas apenas mais provável. Na verdade, o ângulo em que você ilumina sua luz tem um grande impacto na polarização do reflexo. A Lei de Brewster nos ajuda a descrever como ela varia com o ângulo.
A Lei de Brewster diz que a polarização máxima acontecerá quando o ângulo entre o raio refletido e o raio refratado for de 90 graus. Este diagrama ilustra que:
 |
O raio refletido é a luz que entra em seus olhos para formar o reflexo no lago, e o raio refratado é a luz que atravessa o lago, que nunca chega aos seus olhos. A luz será mais polarizada quando houver 90 graus entre essas duas linhas.
 |
A Lei de Brewster pode ser definida matematicamente por esta equação, onde theta-B é o ângulo de Brewster - o ângulo de incidência onde ocorre a polarização máxima, n 1 é o índice de refração do material pelo qual a luz está passando antes de refletir e n 2 é a refração índice do material que a luz reflete. Um índice de refração é apenas um número que representa o quão denso é o material e, portanto, quão rápido ou lento a luz viaja dentro dele. É o tipo de coisa que você pode pesquisar em uma tabela de dados ou descobrir fazendo um experimento. Por exemplo, o índice de refração do gelo é 1,31, e o índice de refração do Plexiglass é 1,6.
Exemplo de Cálculo
Ok, hora de fazer um exemplo de problema. Voltemos à caminhada. Digamos que a luz que atinge seu olho após ricochetear no lago esteja totalmente polarizada. Supondo que o lago contenha água pura e doce e que o ar tenha uma densidade média, qual é o ângulo de incidência da luz ao atingir o lago?
Como a luz está totalmente polarizada, a Lei de Brewster deve estar em vigor, então nossa equação definitivamente deve funcionar. O ângulo de Brewster é o ângulo de incidência; então, basicamente, essa questão está nos pedindo para encontrar o ângulo de Brewster. Podemos pesquisar o índice de refração do ar e da água pura. O ar tem um índice de refração de 1 e a água tem um índice de refração de 1,33. Agora apenas colocamos os números na equação e resolvemos o ângulo. A tangente do ângulo é igual a 1,33 dividido por 1. Tire a tangente inversa de ambos os lados da equação para resolver o ângulo. Digite em uma calculadora e você terá 53 graus.
Resumo da lição
A polarização de uma onda é a direção em que uma onda vibra (ou oscila). Para cima e para baixo há uma polarização, lado a lado é outra, e há todas as diagonais intermediárias também. Você pode polarizar uma onda de várias maneiras. Você pode fazer brilhar a luz através de um filtro polarizador, que é como uma série de fendas, mas também pode polarizar por reflexão. Polarização por reflexão é quando você reflete a luz em uma superfície refletiva ou espelhada, de modo que a luz que se move para longe dessa superfície é polarizada. Quando a luz atinge a superfície, parte dela será refratada (ela se dobrará e atravessará o material) e parte será refletida(ele vai pular para longe do material). A luz que está polarizada na direção em que ocorre uma reflexão, no mesmo plano do raio incidente e refletido, tem maior probabilidade de ser refratada, e a luz que está polarizada a 90 graus em relação a este plano tem mais probabilidade de ser refletida. Portanto, a luz refletida vista pelos seus olhos está sempre polarizada.
O ângulo de luz que brilha em uma superfície muda o quão polarizada será a luz refletida. A Lei de Brewster nos ajuda a descrever como ela varia com o ângulo. A Lei de Brewster diz que a polarização máxima ocorrerá quando o ângulo entre o raio refletido e o raio refratado for de 90 graus.
|
A Lei de Brewster pode ser definida matematicamente por esta equação, onde theta-B é o ângulo de Brewster - o ângulo de incidência onde ocorre a polarização máxima, n 1 é o índice de refração do material pelo qual a luz está passando antes de refletir e n 2 é a refração índice do material que a luz reflete. Um índice de refração é apenas um número que representa o quão denso é o material e, portanto, quão rápido ou lento a luz viaja dentro dele.
Nosso conhecimento de polarização por reflexão nos permite remover o brilho das telas de televisão, tirar fotos de reflexos em lagos, ou fotos da água sob o reflexo do lago, apenas adicionando ou removendo um filtro polarizador, e podemos fazer o mesmo com nossos olhos usando um par de óculos de sol polarizados.
Resultados de Aprendizagem
Após esta lição, você será capaz de:
- Definir polarização
- Descreva a polarização por reflexão
- Explique a Lei de Brewster em teoria e matematicamente
- Lembre-se do que é um índice de refração
- Identifique exemplos diários de polarização