Laser

Laser ( Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, ou seja, amplificação da luz por emissão estimulada)

Em 1916, Einstein lançou os fundamentos da invenção do laser, a partir da lei de Planck. Apesar disto, a teoria ficou esquecida até o final da II Guerra Mundial.
Em 1953, Charles Hard Townes, James P. Gordon e Herbert J. Zeiger produziam um dispositivo similar ao laser, mas que produzia microondas em vez de luz visível.

Nikolai Basov e Aleksander Prokhorov, trabalharam de forma independente num oscilador quantum e resolveram o problema da emissão continua utilizando duas fontes de energia com níveis diferentes.
Quando esta radiação tem frequência visível, chama-se luz. O efeito físico por trás de seu funcionamento é a emissão estimulada, descoberta pelo físico Einstein, como condição necessária ao equilíbrio térmico da radiação com a matéria.

Um laser funciona desde que se consiga excitar um número mínimo de átomos de determinado material para um nível de energia superior, de modo a se obter uma inversão de população (quando existem mais átomos excitados do que átomos no estado fundamental).

Já muito depois de todas estas descovertas, no dia 16 de Maio de 1960, Theodore Maiman, nos laboratórios de pesquisa de Hughes, fez a primeira demonstração de um laser. Ou seja, celebra-se hoje o 48º aniversário do Laser.

A Semana da Ciência...

...foi antecedida por uma preparação, não só pratica como também teórica. Todo este trabalho levou à montagem da sala da «Óptica» na qual poderíamos encontrar um ambiente propício ao tema.
Durante os dias da semana da ciência demos inúmeras explicações, não só a alunos do 2º, 3º ciclos do ensino básico e do ensino secundário, mas também a alunos do ensino pré-escolar, a professores e auxiliares de acção educativa.
No final desta etapa do projecto, podemos dizer que se tratou de uma experiência muito enriquecedora na medida em que adoptamos e melhoramos o nosso discurso conforme a idade e o interesse demonstrado pelos participantes. Apesar de no global a nossa sala e o nosso grupo ter sido felicitado várias vezes não só por pessoal docente e não docente mas também por grande parte de grupos de alunos, é de referir também, que alguns alunos apesar de não estarem em horário lectivo, fizeram questão de aparecer e aprofundar os seus conhecimentos em relação ao nosso tema.
Em suma, e por tudo que foi referido anteriormente, foi um projecto que só nos permitiu desenvolver a nivel pessoal, enriquecendo o nosso percurso escolar.

Efeito fotoeléctrico

A teoria da luz de Maxwell, em que a luz é simplesmente uma onda electromagnética, abria a possibilidade de serem produzidos outros tipos de ondas electromagnéticas a partir de circuitos eléctricos. Hertz, no fim do século XIX, foi a primeira pessoa a ter sucesso nessa área. Durante as suas experiências, Hertz observou que a luz produzida por uma faísca num circuito podia induzir uma corrente eléctrica em outros circuitos afastados que usava para detectar as ondas electromagnéticas.
Uns poucos anos mais tarde, com a descoberta do electrão por parte de Thomsom, ficou claro que o efeito observado por Hertz, designado de efeito fotoeléctrico, era devido ao escape de alguns electrões num metal, quando é atingido por luz.
A energia electromagnética da luz é absorvida pelos electrões no metal, fazendo com que alguns deles saltem para fora do metal. O problema que ninguém conseguia explicar no inicio do século XX era porquê a energia dos electrões libertados por efeito fotoeléctrico não aumenta quando aumenta a intensidade da luz, mas sim aumenta em função da frequência da luz incidente. De facto há uma frequência limiar da luz por baixo da qual não ocorre efeito fotoeléctrico.

Em 1905, quando já não restavam dúvidas acerca da natureza ondulatória da luz, Einstein publicou um artigo onde explica perfeitamente o efeito fotoeléctrico, admitindo que a luz fosse composta
por corpúsculos—fotões— com energia directamente proporcional `a frequência da luz.

Os trabalhos de Einstein ( e de Planck) dariam origem à física quântica.

(texto adaptado de fisica.fe.up.pt/luz/expo-luz.pdf)

Por que é que...

...o ocaso é vermelho ?

Durante o nascer e o pôr do sol, os raios de luz percorrem uma distância maior para chegarem até nós, o que aumenta a probabilidade de as frequências lumínicas próximas do vermelho se verem afectadas pela dispersão, devido a poeiras, por exemplo.

...o céu é azul ?
As moléculas que compõem a atmosfera têm o tamanho exacto para dispersar a luz que viaja no comprimento de onda dos azuis e violetas.São atravessadas pelo resto das cores,mas o azul dispersa-se por todo o céu.

... a espuma da cerveja é branca ?
Tanto faz a cerveja seja branca ou preta, a sua espuma aparece sempre branca. As bolhas de gás que a compõem reúnem-se para formar estruturas saponáceas sólidas que dispersam a luz em todas as direcções. Por isso, misturam-se todas as cores do espectro e aparece branco.

(Adaptado de Super Interessante)

A ciência das cores

[As cores] São um fenómeno físico, uma onda, uma ilusão óptica, um modelo de comunicar, uma fonte de saúde, uma estratégia de sobrevivência...Na natureza, as cores são tudo.

A física e a natureza das cores

Ilusão para os olhos

A visão da cor tal como a conhecemos é consequência da separação da luz nas suas componentes. Na realidade, é uma ilusão óptica que nos decora a vida.

A cor não existe. Na realidade, a cor é um efeito produzido pela combinação de três elementos: a luz, um objecto que a reflicta e um aparelho visual composto por um olho e um cérebro que interpreta a informação da luz reflectida. Por isso, não sabemos com certeza de que cor são as coisas: o mais que podemos fazer é dizer de que cor as vemos.

Quando um objecto reflecte quase toda a luz que recebe, vêmo-lo branco; quando não reflecte quase quase nenhuma luz, vêmo-lo negro. Entre estes dois extremos, o resto das cores corresponde a diversas quantidades de reflexão. Dizemos "quase toda a luz" porque é impossível que um objecto devolva ou absorva a totalidade das radiações que lhe chegam. O branco é consequência de uma reflexão aproximada dos 75% da luz, mas não existe o branco total. De facto, os olhos humanos podem distinguir sem dificuldade mais de 60 variedades de branco.

(Texto adaptado de Super Interessante)

Luz lenta, Luz rápida

Viagens à velocidade da luz e outras proezas da ficção cientifica tornam-se banais face ás investigações reais dos físicos, que já sabem como variar essa velocidade.

Algo de estranho e misterioso está a ser congeminado em locais como a Escola Politécnica Federal da Lausana (Suíça); Universidade de Colónia (Alemanha); Instituto Levedev de Moscovo...Em todos estes sítios, grupos de cientistas dedicam-se ao impossível: controlar a velocidade da luz, conhecida pela letra, c.

• Raios que se movam mais depressa do que o da luz
  

"Nada pode viajar mais depressa do que a luz". Esta afirmação não é exacta. Prova de que é possível ir mais depressa, é a chamada «Radiação de Cherenkov», o brilho azulado que se vê nos tanques que armazenam o combustível radioactivo utilizado nas centrais nucleares. Este tipo de radiação produz-se quando partículas com carga atravessam uma matéria (a água, no caso), a uma velocidade superior á da luz nesse meio. Assim a frase do inicio do paragrafo só é correcta se lhe for acrescentada um pequeno pormenor: «Nada pode viajar mais depressa do que a luz no vácuo». Embora a afirmação continue tão válida hoje como quando Einstein a formulou, há mais de um século, o problema reside no significado da palavra "vácuo". O que conhecemos, obtido de forma rotineira nos laboratórios e que encontramos no espaço, não é o único. De facto, o vácuo não é apenas, a ausência absoluta de energia e matéria...

(Texto adaptado de «Super Interessante-Abril 2007)

Resumo do Projecto

No projecto intitulado “Óptica”, que será desenvolvido pelo grupo ao longo do ano, terá como objectivos principais o aprofundamento dos conhecimentos sobre o tema, a elaboração de experiencias relacionadas com a Óptica.
Como objectivo também se pretende transmitir aos mais novos, os conhecimentos adquiridos, de uma forma interactiva e adequada a sua faixa etária. Com isto pretende-se melhorar a capacidade de comunicar oralmente perante um público numeroso, como preparação para a vida académica dos autores do projecto.

Para um melhor resultado final, o projecto foi dividido em varias fases, entre elas uma de pesquisa, uma de construção dos instrumentos e no final, uma fase que reunirá a preparação teórica e prática das apresentações aos alunos, isto, nas duas primeiras semanas do mês de Abril.
Como produto espera-se obter, a experiência acumulada durante as apresentações e um filme que irá retratar todas as etapas de construção dos instrumentos.