Opacidade, transparência e cores dos objetos

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Nossa análise será focada nas observações de Newton sobre os anéis coloridos, na discussão sobre a opacidade, transparência e cores dos objetos – sendo essa última propriedade relacionada aos anéis coloridos em películas finas –, na elaboração do conceito de força entre a luz e matéria e no desenvolvimento do conceito de estados da luz. Esse recorte se justifica pelo fato de que essas partes concentram a maior parte do desenvolvimento da argumentação de Newton sobre os assuntos tratados no Livro II, sendo suficientes para entender o impacto desse livro na óptica do século XVIII.

Para que a leitura da análise seguinte seja mais proveitosa, recomendamos que o leitor consulte constantemente o Óptica.

Em uma dezena de proposições, Newton abordou a opacidade, transparência e cores dos corpos naturais. Sua intenção inicial foi explicar por que alguns corpos seriam ou ficariam opacos ou transparentes. Com essa questão esclarecida, ele argumentou sobre algumas razões que levariam alguns corpos a apresentar determinadas cores, buscando estabelecer uma analogia entre essas cores e as cores dos anéis em filmes finos. No subtítulo da parte 3, Newton deixou claro que ia buscar essa relação análoga:

“Das cores permanentes dos corpos naturais e da analogia que há entre elas e as cores de lâminas transparentes delgadas.” (NEWTON, 1996, p. 189)

22 Os estudos de Newton sobre os anéis de cores em películas espessas foram analisados em Shapiro (1993).

55 Nessa parte, Newton uniu gradativamente a proposição seguinte com o que havia sido discutido na proposição anterior, formando uma linha de raciocínio bastante interessante. Primeiramente, ele abordou características específicas dos corpos, como poder refrator e densidade.

Proposição 1

As superfícies dos corpos transparentes que têm o maior poder refrator refletem a maior quantidade de luz; isto é, nas quais interferem meios que diferem mais em suas densidades refrativas. E não há reflexão nos limites de meios igualmente refletores. (NEWTON, 1996, p. 189)

Para mostrar que quanto maior o poder refrator de uma superfície, maior quantidade de luz é refletida, Newton abordou o fenômeno da reflexão total de um raio de luz quando de sua passagem de um meio mais denso para um menos denso. Notando uma relação proporcional inversa entre a obliqüidade necessária para a reflexão total e a diferença de densidade entre dois meios, Newton concluiu que quanto maior essa diferença, menor é a obliqüidade com que a luz é refletida totalmente. Sendo assim, para ele

[...] as superfícies que refratam mais refletem mais cedo toda a luz que incide sobre elas, e por isso devem ser admitidas como mais fortemente reflexivas. (NEWTON, 1996, p. 190)

Portanto, Newton procurou estabelecer a princípio uma relação entre a ocorrência da reflexão e a densidade dos corpos. Quando não houvesse essa diferença, não haveria reflexão.

[...] o motivo pelo qual meios transparentes uniformes (tais como a água, o vidro ou o cristal) não apresentam reflexão perceptível exceto em suas superfícies externas, nas partes onde são adjacentes a outros meios de uma densidade

56 diferente, é que todas as suas partes contíguas têm o mesmo grau de densidade.

(NEWTON, 1996, p. 190)

As “partes” sobre as quais Newton fala são as partículas que compõem os corpos.

Sendo assim, na sua concepção, corpos como a água e o vidro seriam transparentes porque suas partes teriam a mesma densidade. Partindo dessa relação entre reflexão e densidade, Newton procurou discutir a opacidade e transparência dos corpos na proposição seguinte.

Proposição 2

As menores partes de quase todos os corpos naturais são até certo ponto transparentes; e a opacidade desses corpos decorre da infinidade de reflexões que ocorrem em suas partes internas. (NEWTON, 1996, pp. 190-91)

Nessa proposição, há duas idéias sobre a opacidade e transparência dos corpos. A primeira delas refere-se ao tamanho das partículas que compõem os corpos (as partes) e a segunda às várias reflexões internas. Nas duas proposições seguintes, Newton discutiu melhor essas duas idéias, relacionando uma com a outra.

Na proposição 3, Newton afirmou que entre as partes que compõem os corpos haveria poros. Esses poros poderiam estar vazios ou preenchidos por alguma substância.

Baseando-se na relação entre reflexão e densidade estabelecida na Proposição 1, Newton propôs que se os poros estivessem vazios ou preenchidos com meios de densidade menor que as partes, ocorreria uma reflexão na interface entre os dois, e o corpo seria opaco. Se o poro fosse preenchido por uma substância de densidade semelhante ao do corpo, ele se tornaria praticamente transparente.

Para exemplificar, Newton discutiu o caso de uma folha de papel. Se molharmos essa folha, o papel ficaria transparente, devido ao fato da água – de densidade

57 semelhante à do papel, segundo Newton – ter preenchido seus poros. Se a secarmos, a água presente nos poros evaporaria e o papel voltaria a ser opaco.

Na proposição 4, Newton argumentou que quando um corpo é feito bem fino, ele se torna transparente. Isso indicaria a existência de um tamanho limite para as partes dos corpos, para que eles sejam transparentes ou opacos. Segundo ele, se o corpo fosse reduzido para um tamanho inferior ao limite, não haveria reflexões entre as partes e os poros desses corpos.

Sendo assim, de uma forma geral, Newton propôs que os corpos seriam compostos de partes e poros. A opacidade ou transparência seria resultado de várias reflexões nas superfícies entre partes e poros, que não mais aconteceriam se corpo ficasse muito fino.

Newton prosseguiu sua argumentação, agora discutindo as cores dos corpos. No Livro I, ele adotou uma abordagem fenomenológica, atendo-se apenas aos fenômenos observados (SILVA, 1996, p. 60-75). Ou seja, ele explicou as cores baseando-se no fato de que certos corpos refletem mais determinadas cores que outras e não fez inferências sobre propriedades microscópicas ou aos mecanismos que causam esta reflexão. Já no Livro II, ele buscou investigar essas propriedades e mecanismos.

No início de sua argumentação, ele relacionou as cores dos corpos com as cores dos anéis formados por filmes finos. Ao analisar esse último fenômeno em trechos anteriores do Livro II, Newton estabeleceu uma relação entre o tamanho da película e a cor do anel correspondente a ela. Segundo ele, as cores dos corpos naturais seriam explicadas de maneira análoga.

Proposição 5

As partes transparentes dos corpos, de acordo com seus vários tamanhos, refletem raios de uma cor e transmitem os de outra pela mesma razão por que as lâminas

58 finas ou as bolhas refletem ou transmitem esses raios. E considero esta a razão de todas as suas cores.

Pois se um corpo adelgaçado ou laminado – que, sendo de uma espessura uniforme, aparece em toda parte com uma cor uniforme – for fendido em fios ou dividido em fragmentos da mesma espessura que a lâmina, não vejo porquê cada fio ou fragmento não deva conservar a sua cor; e, em conseqüência, por que uma pilha desses fragmentos não deva constituir uma massa ou pó da mesma cor que a lâmina exibia antes de ter sido fragmentada. E as partes de todos os corpos naturais, sendo similares aos fragmentos de uma lâmina, devem, pela mesma razão, exibir as mesmas cores. (NEWTON, 1996, pp. 192-93)

Dessa forma, Newton propôs que as cores dos corpos dependiam do tamanho de suas partículas. Ele supunha que os corpúsculos de um corpo de uma determinada cor deveriam ter o mesmo tamanho de uma película fina que exibisse um anel de mesma cor. Newton forneceu vários exemplos para reforçar esta idéia, como penas de pássaros, teias de aranha, folhas, pós de tinta, entre outros.

No entanto, há um detalhe importante nessa relação que deve ser considerado: os anéis mudam de cor dependendo da posição em que são observados. Nas observações 7 e 8 da parte 1, Newton relatou esse fato, descrevendo uma relação entre obliqüidade de observação, diâmetro do anel e espessura da película fina (NEWTON, 1996, pp. 162-63). Nos objetos, tal fato não acontece.

Provavelmente ciente de que isso poderia causar interpretações contraditórias em sua argumentação, Newton referiu-se às observações 19 e 22 da parte 1, em que escreveu que os anéis formados por um meio mais denso que aquele que o cerca – como um filme de água entre lentes, bolhas de sabão ou uma fina camada de vidro expostas ao ar – mudam pouco com a obliqüidade, além do fato de serem mais vívidos nessa situação (NEWTON, 1996, pp. 171-173). A partir disso, ele afirmou na proposição 6 que “as partes dos corpos naturais das quais dependem suas cores são mais densas do que o meio que lhes ocupa os interstícios” (NEWTON, 1996, p. 194).

59 Sendo assim, como as cores de anéis em bolhas de sabão e também em uma fina lâmina de vidro não mudavam com a posição de onde eram observadas, Newton concluiu que essa era a mesma causa para a não mudança das cores dos corpos quando vistos de lugares diferentes, a saber, as partes que os compõem são mais densas que os poros. Eliminadas as possíveis inconsistências de suas explicações, ele concluiu sua argumentação sobre as cores dos corpos na proposição seguinte, estabelecendo explicitamente a relação entre essas cores e os “anéis de Newton”.

Proposição 7

A grandeza das partes componentes dos corpos naturais pode ser conjeturada por suas cores. (NEWTON, 1996, p. 195)

Segundo Newton, assumindo que as partículas constituintes de um corpo qualquer possuíam a mesma densidade refrativa da água ou vidro – que formariam anéis de cores em determinadas situações –, seus tamanhos seriam obtidos a partir da cor que o corpo exibisse. Isso poderia ser verificado em uma tabela construída por Newton na segunda parte do Livro II (representada na figura 3.4), em que relacionou determinadas cores com as espessuras correspondentes no ar, água e vidro.

60 Figura 3.4 – Relação entre cor do anel e espessura do filme (ar, água ou vidro).

Essa proposição fechou a argumentação de Newton sobre as cores dos objetos e sua relação com os anéis coloridos. Nos trechos seguintes, Newton partiu para um tratamento também sofisticado para explicar a interação da luz com matéria.

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