Polarização
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Em física, polarização é uma propriedade de ondas, tais como a luz e outra radiação electromagnética. Ao contrário de ondas mais familiares como as ondas aquáticas ou sonoras, as ondas eletromagnétcas são tridimensionais e a polarização é uma medida da variação do vector do campo eléctrico dessas ondas com o decorrer do tempo.
Índice |
[editar] Teoria
[editar] Princípios - ondas planas
A manifestação mais simples, para visualização, é a de uma onda plana, que é uma boa aproximação para a maioria das ondas luminosas. Numa onda plana as direcções dos campos magnético e eléctrico estão, em qualquer ponto, perpendiculares à direcção de propagação. Simplesmente porque o plano é bidimensional, o vector eléctrico no plano num dado ponto do espaço pode ser decomposto em duas componentes ortogonais. Chamemos as componentes x e y (seguindo as convenções da geometria analítica). Para uma onda harmónica, onde a amplitude do vetor do campo eléctrico varia sinusoidalmente, as duas componentes têm exatamente a mesma frequência. Contudo, estas duas componentes têm duas outras características que podem diferir. Em primeiro lugar, as duas componentes podem não ter a mesma amplitude. Em segundo, as duas componentes podem não ter a mesma fase, i.e., podem não alcançar os seus máximos e mínimos ao mesmo tempo, no plano fixo que temos por base.
Considerando a forma traçada num plano fixado pelo vetor do campo eléctrico à medida que uma onda plana o percorre, obtemos a descrição do estado de polarização.
As imagens seguintes correspondem a alguns exemplos da propagação do vetor do campo eléctrico (azul) no tempo, com as suas componentes x e y (vermelha/esquerda e verde/direita, respectivamente) e a forma desenhada pelo vetor no plano (roxo):
Considere em primeiro lugar o caso especial (esquerda), onde as duas componentes ortogonais estão em fase. Neste caso a força das duas componentes é sempre igual ou proporcional a uma constante, daí que a direcção do vetor do campo eléctrico (a vetor que resulta da soma destas duas componentes) irá sempre redundar num segmento de reta no plano. Designamos este caso especial de polarização linear. A direção desta linha irá depender da amplitude relativa destas duas componentes. A direcção pode ser em qualquer ângulo sobre o plano.
Agora considere outro caso especial (ao centro), onde as duas componentes ortogonais têm exatamente a mesma amplitude que é de 90º em fase. Neste caso uma componente é igual a zero quando a outra componente está na amplitude máxima ou mínima. Neste caso especial o vetor do campo eléctrico no plano formado pela soma dos dois componentes vai rodar num círculo. Chamamos a este caso especial de polarização circular. A direção de rotação irá depender da relação entre as fases. Chamemos a estes casos de polarização circular direita e polarização circular esquerda, dependendo da rotação do vetor.
Todos os outros casos, em que as duas componentes não estão em fase nem têm a mesma amplitude e/ou não estão com 90º fora de fase, encaixam na designação de polarização elíptica!..
[editar] Radiação incoerente
Na natureza, a radiação eletromagnética é frequentemente produzida por um largo grupo de radiadores individuais, produzindo ondas que são independentes entre si. Este tipo de luz é designada incoerente. Em geral não existe uma frequência única ( mas sim um espectro que compreende várias frequências presentes) e mesmo filtrando por uma escala de frequência arbitrária pode não haver um estado consistente de polarização. Contudo isto não significa que a polarização seja apenas uma característica da radiação coerente. Radiação incoerente pode mostrar correlação estatística entre as componentes do campo eléctrico, o que pode ser interpretado como polarização parcial. Em geral é possível descrever um campo de onda observado como a soma completa da parte incoerente e duma parte completamente polarizada. Podemos assim descrever a luz em termos do seu grau de polarização e dos parâmetros da polarização elíptica.
[editar] Polarização na natureza, ciência e tecnologia
[editar] A polarização nos acontecimentos diários
Toda luz que reflete-se em uma superfície plana é ao menos parcialmente polarizada. Você pode pegar o filtro polarizador e segurá-lo em um ângulo de 90 graus em relação à reflexão, e essa será reduzida ou eliminada. Filtros polarizadores removem luz polarizada a 90 graus do filtro. É por isso que você pode pegar dois polarizadores e posicioná-los um a um ângulo de 90 graus do outro e nenhuma luz atravessará.
A luz polarizada pode ser observada ao seu redor se você sabe o que ela é e o que procurar. (as lentes de óculos de sol Polaroid funcionarão para demonstrar). Enquanto estiver olhando através do filtro, gire-o, e se houver presença de luz polarizada linear ou elíptica o grau de iluminação mudará. Polarization by scattering is observed as light passes through our atmosphere. A luz dispersa freqüentemente produz brilho nos céus. Fotógrafos sabem que esta polarização parcial da luz dispersa produz um céu 'wahsed-out'. Um fenômeno fácil para primeira observação é olhar, ao pôr-do-sol, para o horizonte a um ângulo de 90 graus do pôr-do-sol. Outro efeito facilmente observado é a drástica redução de brilho de imagens do céu e nuvens refletidas em superfícies horizontais, que é a razão pela qual freqüentemente se usa lentes polaróide em óculos de sol. Também freqüentemente visível através de óculos-de-sol polarizantes são padrões em forma de arco-íris gerados por efeitos birefringentes dependentes da cor, como por exemplo em vidros enrigecidos (vidros de carros) ou objetos compostos por plástico transparente. A função da polarização em monitores de cristal líquido (LCDs) é constantemente observada através de óculos de sol, o que causa uma redução no constraste ou até mesmo tornar o conteúdo mostrado ilegível através dos mesmos.
De fato, o olho humano é pouco sensível à polarização, sem a necessidade da utilização de filtros. Ver: Pincel de Haidinger.
[editar] Biologia
Muitos animais são aparentemente capazes de perceber o efeito de polarização da luz, a qual é geralmente utilizada para funções de localização, umas vez que a polarização linear da luz solar é sempre perpendicular em relação à direção do sol. Esta habilidade é muito freqüente entre [insetos]], incluindo abelhas, as quais usam essas informações para orientar suas danças de comunicação. A sensitividade da polarização também foi notada em espécies de polvos, lulas, chocos, e louva-a-deus. A rápida mudança do padrão de coloração da pele dos chocos, usada na comunicação, também incorpora a polarização, e os louva-a-deus são conhecidos por ter tecidos com polarização seletiva. A polarização do céu também pode ser percebida por certos vertebrados, incluindo pombos, para os quais essa habilidade é uma das várias necessárias para sua característica de retornar ao lugar de partida.
[editar] Química
A importância principal da polarização na química reside no diacronismo circular e na "rotação" feita por actividade óptica das moléculas. Pode ser medida usando um polarizador.
[editar] Astronomia
Em muitas áreas da astronomia, o estudo da readiação electromagnética polarizada que chega do espaço é de grande importância. Embora não seja usualmente um factor na radiação térmica das estrelas, a polarização está também presente em radiação coerentes de fontes astronómicas e em fontes incoerentes tais como grandes lobos radiais de galáxias activas. À parte de fornecer informação sobre as fontes de radiação, a polarização também prova o campo magnética inter-estrelar pela rotação de Faraday. A polarização da radiação cósmica de micro-ondas está a ser estudada para perceber a física do Universo jovem.
[editar] Tecnologia
As aplicações tecnológicas de polarização são amplamente utilizadas.
Por enquanto as aplicações mais comuns encontradas são mostradas de cristal líquido e óculos solares polarizados.
Todos os radio transmissores e receptores (antenas) são intrínsecamente polarizados, special use of which is made in radar. Most antennas radiate either horizontal, vertical ou circular polarização although eliptical polarização also exists. O campo elétrico ou E-plane determina a polarização ou orientação das ondas de radio. Vertical polarization is most often used when it is desired to radiate a radio signal in all directions such as widely distributed mobile units. As Radios AM e FM usam polarização vertical. A Televisão usa polarização horizontal. A polarização vertical (horizontal e vertical) é usada em satellite communications (incluindo satelites de televisão), to allow several programs to be fitted into the same frequencia band.
Em engineering, the relationship between strain and birefringence motivates the use of polarization in characterizing the distribution of stress and strain in prototypes. Electronically controlled birefringent devices are used in combination with polarizing filters as modulators in fiber optics. Polarizing filters are also used in photography. They can deepen the color of a blue sky and eliminate reflections from windows and standing water.
Sky polarization has been exploited in the "sky compass", which was used in the 1950s when navigating near the poles of the Earth's magnetic field when neither the sun nor stars were visible (e.g. under daytime cloud or twilight). It has been suggested, controversially, that the Vikings exploited a similar device (the "sunstone") in their extensive expeditions across the North Atlantic in the 9th - 11th centuries, before the arrival of the magnetic compass in Europe in the 12th century. Related to the sky compass is the "polar clock", invented by Charles Wheatstone in the late 19th century.
[editar] Referências
- Principles of Optics, M. Born & E. Wolf, Cambridge University Press, 7th edition 1999, ISBN 0521642221
- Fundamentals of polarized light : a statistical optics approach, C. Brosseau, Wiley, 1998, ISBN 0-471-14302-2
- Polarized Light, Production and Use, William A. Shurcliff, Harvard University Press, 1962.
- Optics, Eugene Hecht, Addison Wesley, 4th edition 2002, hardcover, ISBN 0-8053-8566-5
- Polarised Light in Science and Nature, D. Pye, Institute of Physics Publishing, 2001, ISBN 0750306734
- Polarized Light in Nature, G. P. Können, Translated by G. A. Beerling, Cambridge University Press, 1985, hardcover, ISBN 0-521-25862-6
