Reinaldo de Melo e Souza (IF-UFF)

(1)

(2)

Introdução

(3)

Introdução

• _{Qual a natureza da luz?}

(4)

Óptica Geométrica

• _{Qual a natureza da luz?}

(5)

Óptica Geométrica

• _{Qual a natureza da luz?}

– 

Formada por corpúsculos!

• Capaz de explicar a refração e a reflexão!

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/geoopt/refr2.html http://en.wikipedia.org/wiki/Reflection_%28physics%29

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• _{Qual a natureza da luz?}

– 

Formada por corpúsculos!

• Capaz de explicar a refração e a reflexão!

http://en.wikipedia.org/wiki/Reflection_%28physics%29 http://www.physics-and-radio-electronics.com/blog/corpuscular-theory-light/

Óptica Geométrica

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• _{Qual a natureza da luz?}

– 

Formada por corpúsculos!

• Capaz de explicar a refração e a reflexão!

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/geoopt/refr2.html http://www.physics-and-radio-electronics.com/blog/corpuscular-theory-light/

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• _{Qual a natureza da luz?}

– 

Formada por corpúsculos!

• Capaz de explicar a refração e a reflexão!

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/geoopt/refr2.html http://www.physics-and-radio-electronics.com/blog/corpuscular-theory-light/

A luz deve ser mais rápida

no meio mais denso!

Óptica Geométrica

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• _{Qual a natureza da luz?}

– 

Formada por corpúsculos!

• Capaz de explicar a refração e a reflexão!

• A óptica geométrica é totalmente compatível com esta concepção!

http://www.planet-science.com/categories/under-11s/our-world/2012/01/what-is-a-mirage.aspx

Óptica Geométrica

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Óptica Geométrica

• _{Qual a natureza da luz?}

– 

Formada por corpúsculos!

• Capaz de explicar a refração e a reflexão!

• A óptica geométrica é totalmente compatível com esta concepção!

Sombras bem definidas!

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Óptica Geométrica

• _{Qual a natureza da luz?}

– 

Formada por corpúsculos!

• Mas há problemas nesta concepção!

Por que o v é sempre o mesmo

para um mesmo meio?

(12)

Luz nas Sombras

• Experimentos mais precisos mostraram que as sombras não eram

tão bem definidas assim.

http://isites.harvard.edu/fs/docs/icb.topic186199.files/images/EdgeDiffraction3-800x533.jpg

(13)

Luz nas Sombras

• Experimentos mais precisos mostraram que as sombras não eram

tão bem definidas assim.

(14)

Luz nas Sombras

• A teoria corpuscular encontrou grandes dificuldades para explicar

este tipo de comportamento.

(15)

Óptica Ondulatória

• Qual a natureza da luz?

– 

É uma onda!

(16)

Óptica Ondulatória

• Qual a natureza da luz?

– 

É uma onda!

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/geoopt/refr2.html

(17)

Óptica Ondulatória

• Qual a natureza da luz?

(18)

Óptica Ondulatória

• Qual a natureza da luz?

– 

É uma onda!

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Óptica Ondulatória

• Qual a natureza da luz?

– 

É uma onda!

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Óptica Ondulatória

• Qual a natureza da luz?

– 

É uma onda!

• Princípio de Huygens

http://en.wikipedia.org/wiki/Reflection_%28physics%29 http://letslearnnepal.com/class-12/physics/wave-and-optics/nature-and-propagation-of-light/laws-of-reflection-on-the-basis-of-huygenss-wave-theory/

(21)

Óptica Ondulatória

• Qual a natureza da luz?

– 

É uma onda!

• Princípio de Huygens

denser medium

http://ibphysicsstuff.wikidot.com/wave-properties

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Óptica Ondulatória

• Qual a natureza da luz?

– 

É uma onda!

• Princípio de Huygens

A luz deve ser mais lenta

no meio mais denso!

denser medium

http://ibphysicsstuff.wikidot.com/wave-properties

(23)

Corpusculo vs Onda

(24)

Corpusculo vs Onda

• Como medir a velocidade da luz?

Rømer 1676

220,000 km/s

(25)

Corpusculo vs Onda

• Como medir a velocidade da luz?

– 

E na matéria?

Rømer 1676 – Luz no vácuo

Foucault 1850 – Luz na água

Luz é uma onda!

(26)

Corpusculo vs Onda

• Como medir a velocidade da luz?

– 

E na matéria?

Rømer 1676 – Luz no vácuo

Foucault 1850 – Luz na água

Luz é uma onda!

24.000 rpm!

(27)

Óptica Ondulatória

• O que são ondas?

– 

Transporta energia, mas não matéria.

– 

Exemplos, ondas aquáticas, corda vibrante, mola, som, etc.

http://www.onr.navy.mil/focus/ocean/motion/waves1.htm

http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/waves/

wavemotion.html

(28)

Óptica Ondulatória

• O que define uma onda?

– 

Comprimento de onda: distância entre duas cristas.

– 

Freqüência: Nº de oscilações por unidade de tempo.

– 

Velocidade de propagação.

(29)

Óptica Ondulatória

• Toda onda difrata! Difração é relevante para

λ

(30)

Óptica Ondulatória

• Onda é um comportamento macroscópico emergente de uma

coletividade microscópica.

(31)

Óptica Ondulatória

(32)

Óptica Ondulatória

• Se a luz é uma onda, em que meio se propaga tal onda?

(33)

Experimento de Young

• Voltando ao início do século XIX...

– 

Young (1808).

(34)

Experimento de Young

• Voltando ao início do século XIX...

– 

Young (1808).

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/articles/ekspong/

Course of Lectures on Natural Philosophy

and

(35)

Experimento de Young

• Voltando ao início do século XIX...

– 

Young (1808).

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/articles/ekspong/

(36)

Mémoire de Fresnel

• Fresnel desenvolveu uma teoria matemática para a difração

(37)

Mémoire de Fresnel

• Fresnel desenvolveu uma teoria matemática para a difração

tratando a luz como uma onda!

(38)

Mémoire de Fresnel

• Fresnel desenvolveu uma teoria matemática para a difração

tratando a luz como uma onda!

(39)

Mémoire de Fresnel

• Fresnel desenvolveu uma teoria matemática para a difração

tratando a luz como uma onda!

https://en.wikipedia.org/wiki/Fresnel_integral

(40)

Mémoire de Fresnel

(41)

Mémoire de Fresnel

• As integrais de Fresnel parametrizam a curva de Cornu.

– 

Curvatura proporcional ao comprimento

da curva a partir da origem.

(42)

Comitê

Laplace

Biot

Poisson

Gay-Lussac

Arago

(43)

Mémoire de Fresnel

• Mancha de Poisson!

http://slideplayer.com/slide/8465591/

(44)

Mémoire de Fresnel

• Mancha de Poisson!

https://en.wikipedia.org/wiki/Arago_spot

(45)

Mémoire de Fresnel

• Mancha de Poisson!

https://en.wikipedia.org/wiki/Arago_spot

(46)

• A luz visível difrata ao passar por pequenas fendas.

Redes de difração

https://www.thingiverse.com/thing:209015

(47)

Difração no cotidiano

https://en.wikipedia.org/wiki/Compact_disc#Physical_details

(48)

(49)

(50)

Difração no cotidiano

(51)

Difração no cotidiano

(52)

Difração no cotidiano

(53)

Difração no cotidiano

https://en.wikipedia.org/wiki/Structural_coloration P H OTO N I C S

NATURE’S

COLOR

TRICKS

Understanding seven clever tactics animals use to create dazzling hues may lead to sophisticated new technologies

By Philip Ball

(54)

Difração no cotidiano

(55)

Difração no cotidiano

https://www.atoptics.co.uk/droplets/corona.htm

(56)

Difração no cotidiano

(57)

Difração no cotidiano

(58)

Difração no cotidiano

(59)

Difração no cotidiano

https://www.atoptics.co.uk/droplets/cormoon.htm

(60)

Limite de Rayleigh

(61)

Difração de Matéria?

http://en.labs.wikimedia.org/wiki/Materials_in_Electronics/Wave-Particle_Duality/The_Two-Slit_Experiment

(62)

Difração de Matéria?

Padrão de interferência!

elétron+elétron=vácuo!

http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/articles/ekspong/

luz+luz=sombra!

http://en.labs.wikimedia.org/wiki/Materials_in_Electronics/Wave-Particle_Duality/The_Two-Slit_Experiment

(63)

(64)

Dualidade Onda-Partícula

A luz deve ser mais lenta

no meio mais denso!

denser medium

Onda

Partícula

http://www.physics-and-radio-electronics.com/blog/corpuscular-theory-light/

A luz deve ser mais rápida

no meio mais denso!

(65)

(66)

Dualidade Onda-Partícula

Unificação dos princípios de

Maupertuis e de Fermat!

(67)

Difração de Matéria?

Padrão de interferência!

elétron+elétron=vácuo!

(68)

Raios-X

(69)

Raios-X

https://en.wikipedia.org/wiki/X-ray

(70)

• Aparato experimental

Cristalografia de Raio-X

(71)

• Cristais Coloidais! Pusey & Van Megen (Nature, 320, 340, 1986)

Cristalografia de Raio-X

(72)

• A técnica de difração cristalográfica por raios-X revolucionou a ciência.

(73)

(74)

(75)