Ondas Eletromagnéticas

Por Ricardo Normando Ferreira de Paula
O ser humano e outros animais (à exceção de uns poucos) possuem um mecanismo corpóreo essencial à sua sobrevivência: a visão. Para cada ser vivo, a forma e as funções do olho são as mais diversificadas. No entanto, o fator comum a todos é a forma de impressão deste órgão: a luz. Nossos olhos não vêem a radiação infravermelha, mas a pele detecta: quando nos expomos ao Sol, na praia, por exemplo, o ardor que sentimos na pele é a ação da radiação infravermelha.

A percepção do visível varia muito de uma espécie animal para a outra. Os cachorros e os gatos, por exemplo, não vêm todas as cores, apenas azul e amarelo, mas de maneira geral, em preto e branco numa nuance de cinzas.  Nós humanos vemos numa faixa que vai do vermelho ao violeta, passando pelo verde, o amarelo e o azul. Mesmo entre os humanos pode haver grandes variações (leia: daltonismo).  As cobras vêm no infravermelho e as abelhas no ultravioleta, cores para as quais somos cegos.

A frequência da luz visível cresce do vermelho para o violeta, consequentemente a energia da radiação também cresce.

A luz violeta por ter o menor comprimento de onda é a mais energética. A luz vermelha, ao contrário, é a menos energética, pois seu comprimento de onda é o maior na faixa do visível.  Por este motivo é perigosa a exposição à radiação ultravioleta. Na pele, um dos efeitos imediatos da radiação ultravioleta são a queimadura solar (eritema) e o bronzeamento (melanogênese). Os efeitos tardios são o fotoenvelhecimento e o câncer de pele. (Leia: espectro eletromagnético)

A luz é uma energia radiante que impressiona os olhos e é chamada, de forma mais técnica, de onda eletromagnética. Chamamos de onda eletromagnética o tipo de onda formada por um campo elétrico e outro magnético que são perpendiculares entre si e que se deslocam em uma direção perpendicular às duas primeiras. Por esta característica, a onda eletromagnética é dita onda transversal.

Os dois campos (elétrico e magnético) oscilam em fase, ou seja, o comportamento matemático da oscilação destes campos pode ser descrito por uma equação senoidal onde os valores máximos de uma função coincidem com os valores mínimos da outra.

O fato de serem formadas por dois tipos de campo que oscilam no tempo confere à esta onda a capacidade de se propagar no vácuo.

Como exemplo de ondas eletromagnéticas, podemos citar as ondas de rádio, as ondas de televisão, as ondas luminosas, as microondas, os raios X e outras. Essas denominações são dadas de acordo com a fonte geradora dessas ondas e correspondem a diferentes faixas de frequências.

Maxwell foi o cientista que trouxe ao homem à magnitude de abrangência  deste tipo de onda. James Clerk Maxwell (831-1879), desde jovem estava decido a colocar as idéias de Faraday e seus antecessores em uma formulação matemática. Nesse esforço acabou propondo, sem nenhuma evidência experimental prévia, que a lei de Faraday, que qualitativamente diz “um campo magnético variável no tempo gera um campo elétrico”, seria complementada por uma lei análoga que diz “um campo elétrico variável no tempo gera um campo magnético”.

A máxima velocidade alcançada por uma onda eletromagnética é c (3.108m/s) segundo a Teoria da Relatividade de Albert Einstein. O valor de c pode ser calculado a partir de um dos resultados possíveis das Equações de Maxwell:

onde o termo µ0 representa a permeabilidade magnética no vácuo e ε0 é a constante dielétrica no vácuo.

Um dos argumentos utilizados para comprovar a Teoria da Relatividade  e confirmar que c é um valor limite e invariante foram os experimentos de Michelson e Morley com o interferômetro. Atualmente, físicos alemães da Heinrich-Heine University, em Düsseldorf, conseguiram repetir o experimento de Michelson e Morley e concluíram que a velocidade da luz é realmente um invariante. A precisão chega a uma parte em 1017! O experimento é 100 milhões de vezes mais preciso que o original. O artigo foi divulgado no Physical Review Letters. Mais detalhes em http://physicsworld.com/cws/article/news/40355.

Interferômetro de Michelson

Fontes:
OKUNO, E.; CALDAS, I. L.; SHOW, C.; Física para ciências biológicas e biomédicas. São Paulo. Harper & Row do Brasil. 1982.

RESNICK, R.; HALLIDAY, D.; KRANE, K. S. Física 2. Rio de Janeiro. LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. 1996.

SEARS, F.W., ZEMANSKY, M.W. Física General. Madrid, 1957. Aguilar (Versão Espanhola).

http://www.phy.ntnu.edu.tw/oldjava/emWave/emWave-port.html
http://www.solar.virtual.ufc.br/
http://fisica.fe.up.pt/luz/michelson-morley.jpg