TEORIA DA LUZ DAS ONDAS DE HUYGENS - FISICA - 2025

A teoria ondulatória da luz Huygens definiu a luz como uma onda, semelhante ao som ou ondas mecânicas produzidas na água. Por outro lado, Newton afirmava que a luz era composta de partículas materiais que ele chamou de corpúsculos.

A luz sempre despertou o interesse e a curiosidade humana. Desse modo, desde seu início, um dos problemas fundamentais da física foi desvendar os mistérios da luz.

Christiaan huygens

Por essas razões, ao longo da história da ciência, diferentes teorias tentaram explicar sua verdadeira natureza.

No entanto, não foi até o final do século XVII e início do século XVIII, com as teorias de Isaac Newton e Christiaan Huygens, que as bases para uma compreensão mais profunda da luz começaram a ser estabelecidas.

Princípios da teoria ondulatória da luz de Huygens

Em 1678, Christiaan Huygens formulou sua teoria ondulatória da luz, que mais tarde publicou em 1690 em seu Tratado sobre a luz.

O físico holandês propôs que a luz era emitida em todas as direções como um conjunto de ondas que viajavam por um meio que ele chamou de éter. Como as ondas não são afetadas pela gravidade, ele presumiu que a velocidade das ondas diminuiria quando entrassem em um meio mais denso.

Seu modelo foi particularmente útil para explicar a lei de reflexão e refração de Snell-Descartes. Também explicou satisfatoriamente o fenômeno da difração.

Sua teoria baseava-se fundamentalmente em dois conceitos:

a) As fontes de luz emitem ondas de formato esférico, semelhantes às ondas que ocorrem na superfície da água. Desta forma, os raios de luz são definidos por linhas cuja direção é perpendicular à superfície da onda.

b) Cada ponto de uma onda é por sua vez um novo centro emissor de ondas secundárias, que são emitidas com a mesma frequência e velocidade que caracterizaram as ondas primárias. A infinidade de ondas secundárias não é percebida, então a onda resultante dessas ondas secundárias é seu envelope.

No entanto, a teoria das ondas de Huygens não foi aceita pelos cientistas de seu tempo, com poucas exceções, como a de Robert Hooke.

O enorme prestígio de Newton e o grande sucesso que sua mecânica alcançou, juntamente com os problemas para entender o conceito de éter, fizeram com que a maioria dos cientistas contemporâneos ambos optassem pela teoria corpuscular do físico inglês.

Reflexão

A reflexão é um fenômeno óptico que ocorre quando uma onda incide obliquamente em uma superfície de separação entre dois meios e sofre uma mudança de direção, sendo devolvida ao primeiro meio junto com parte da energia do movimento.

As leis da reflexão são as seguintes:

Primeira lei

O raio refletido, o incidente e o normal (ou perpendicular), estão localizados no mesmo plano.

Segunda lei

O valor do ângulo de incidência é exatamente igual ao do ângulo de reflexão.

O princípio de Huygens nos permite demonstrar as leis da reflexão. Verifica-se que quando uma onda atinge a separação do meio, cada ponto torna-se um novo foco emissor emitindo ondas secundárias. A frente de onda refletida é o envelope das ondas secundárias. O ângulo desta frente de onda secundária refletida é exatamente igual ao ângulo de incidência.

Refração

No entanto, a refração é o fenômeno que ocorre quando uma onda incide obliquamente em uma lacuna entre dois meios, que têm diferentes índices de refração.

Quando isso acontece, a onda penetra e é transmitida por meio segundo junto com parte da energia do movimento. A refração ocorre como consequência das diferentes velocidades com que as ondas se propagam nos diferentes meios.

Um exemplo típico do fenômeno de refração pode ser observado quando um objeto (por exemplo, um lápis ou uma caneta esferográfica) é parcialmente inserido em um copo d'água.

O princípio de Huygens forneceu uma explicação convincente para a refração. Os pontos da frente de onda localizados na fronteira entre os dois meios atuam como novas fontes de propagação de luz e, portanto, a direção da propagação muda.

Difração

A difração é um fenômeno físico característico das ondas (ocorre em todos os tipos de ondas) que consiste na deflexão das ondas quando encontram um obstáculo em seu caminho ou passam por uma fenda.

Deve-se ter em mente que a difração ocorre apenas quando a onda é distorcida por um obstáculo cujas dimensões são comparáveis ​​ao seu comprimento de onda.

A teoria de Huygens explica que quando a luz incide sobre uma fenda, todos os pontos de seu plano tornam-se fontes secundárias de ondas, emitindo, como explicado anteriormente, novas ondas, que neste caso são chamadas de ondas difratadas.

As questões não respondidas da teoria de Huygens

O princípio de Huygens deixou uma série de perguntas sem resposta. Sua afirmação de que cada ponto em uma frente de onda era, por sua vez, uma fonte de uma nova onda, não conseguiu explicar por que a luz se propaga tanto para frente quanto para trás.

Da mesma forma, a explicação do conceito de éter não foi inteiramente satisfatória e foi uma das razões pelas quais sua teoria não foi inicialmente aceita.

Recuperação do modelo de onda

Não foi até o século 19 que o modelo de ondas foi recuperado. Foi principalmente graças às contribuições de Thomas Young, que conseguiu explicar todos os fenômenos da luz com base em que a luz é uma onda longitudinal.

Especificamente, em 1801, ele realizou seu famoso experimento de dupla fenda. Com este experimento, Young verificou um padrão de interferência na luz de uma fonte de luz distante quando ela difratou após passar por duas fendas.

Da mesma forma, Young também explicou por meio do modelo de onda o espalhamento da luz branca nas diferentes cores do arco-íris. Ele mostrou que em cada meio, cada uma das cores que compõem a luz tem uma frequência e comprimento de onda característicos.

Desta forma, graças a esta experiência, ele demonstrou a natureza ondulatória da luz.

Curiosamente, ao longo do tempo, esse experimento provou ser a chave para demonstrar a dualidade da luz na onda do corpúsculo, uma característica fundamental da mecânica quântica.

Referências

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