A FIBRA ÓTICA

A fibra ótica é um material que utiliza a reflexão total da luz para transmiti-la através dele. A possibilidade de construí-la surgiu com o desenvolvimento da tecnologia do quartzo, que propiciou a obtenção de fios muito finos e perfeitamente transparentes, que podem ser encurvados sem se romperem. Assim, por reflexão total nas paredes da fibra, a luz, ou outra radiação eletromagnética qualquer, pode ser conduzida por qualquer trajetória. A transparência quase absoluta do quartzo de grande pureza é uma propriedade fundamental para a construção destes dispositivos. Um fio de vidro, por exemplo, pode ser utilizado, mas não serviria a estes propósitos pois não apresenta a transparência desejada para  as aplicações mais comuns da fibras  ótica: o fio de quartzo muito fino ( cerca de 5 milionésimos do metro) é envolvido por duas camadas, uma de vidro e outras de plástico , para sua proteção.

            Os principais usos da fibra ótica são encontrados na Medicina e em comunicação (televisão e telefone). Na Medicina, são usadas nos endoscópios, aparelhos que facilitam o exame de órgãos internos, ou em cirurgias. São usados dois feixes de fibras óticas, introduzidos através da garganta do paciente, Um leva o sinal luminoso e, o outro, traz a imagem do órgão para ao médico. A fonte de luz utilizada é sempre de laser, por sua grande potência e por poder ser transmitida por meio de feixes muito finos.

            Na comunicação, a fibra ótica é usada para transmitir sinais por meio de pulsos de radiações eletromagnéticas (quase sempre luz ou radiação infravermelha), substituindo os cabos submarinos na transmissão telefônica a grandes distâncias, que ainda é freqüentemente feia por corrente feita por corrente elétrica, através de dos de cobre. A fibra ótica permite transmitir informações com maior de fios de cobre.  A fibra ótica permite transmitir informações com maior eficiência e maior economia do que os fios de cobre ( podem , em igualdade de condições, enviar 100 000 vezes mais informações). Entretanto, a velocidade da transmissão dos sinais na fibra ótica( 200 000 km/s) é menor do que a dos sinais na corrente elétrica nos fios de cobre ( cerca 300 000km/s). Outra vantagem da fibra ótica, em relação dos fios de cobre, é que os repetidores e amplificadores dos sinais se fazem necessários apenas a distâncias de cera de 100 km, enquanto, para o fios de cobre, eles devem ser instalados de 4 km em 4 km, aproximadamente. Outra desvantagem é sua menor resistência ( quebram com facilidade), pois os de fios de cobre resistem melhor a depredações de peixes , da própria água a de outros fatores. Na fonte de sinais, quase sempre são radiações infravermelhas ( menos absorvidas pelo quartzo ) e na forma de laser ( pelos motivos já citados).

            As fibras óticas têm sido utilizadas, também, em um tipo especial astros. O aparelho possui vários braços mecânicos, controlados por motores independentes , e a cada um é adaptado uma fibra ótica ( no projeto Argus , um dos mais modernos já construído, instalado no Observatório Interamericano de Cerro Tololo, no Chile, existem 24 desses braços e no Hydra , projeto americano  desenvolvido no Arizona, há 96 braços). Com uma câmera de TV, cada fibra ótica é apontada para a posição onde se supõe existir uma galáxia, reduzido a superposição com a luz de estrelas mais próximas e da própria atmosfera. Com este processo está sendo possível construir uma mapa do Universo que, por enquanto, consta de poucos milhares de galáxias, número ainda muito pequeno diante do calor estimado, que é de 100 bilhões ( até o ano 2000 os astrônomos prevêem que cerca de  1 milhão de galáxias estarão catalogadas). Estes trabalho permitirá aos cientistas compreender melhor como o Universo está evoluindo e , a partir daí , construir um modelo mais adequado de sua origem.

            No nosso dia-a-dia, as fibras óticas são pouco usadas, podendo ser encontradas na confecção de certos tipos de lâmpadas de mesa, apenas com efeito decorativo. Em algumas casas de brinquedos, costumam ser encontradas lanternas, às quais foram adaptadas fibras óticas.

SNELL( 1591-1626)

Matemático e astrônomo holandês que, além de descobrir a lei da refração, desenvolveu um método para medir o raio da Terra.  A lei de Snell da refração, apesar de ter sido descoberta em 1620, só veio a ser amplamente divulgada através da obra Diopatrica , publicada em 1703 pelo físico , também holandês , C. huyghens.

                        Procure perceber o enorme valor dessa unidade, lembrando-se de que em praticamente 1s, a luz se desloca da Terra à Lua e, em 1 ano temos aproximadamente 30 milhões de segundos.

            Com essa unidade, podemos expressar mais comodamente as distâncias que no separam de alguns corpos celestes:

- para vir do Sol à Terra , a luz gasta cerca de  8 minutos; podemos , então dizer que a distância Terra-Sol é de 8 minutos-luz. Isto significa que, quando ocorre uma explosão na superfície do Sol, somente após minutos os astrônomos podem observá-la aqui na Terra;

-a estrela visível a olho nu mais próxima  da Terra é a estrela alfa da constelação do Centauro. Sua distância até nós é de 4,2 anos-luz, Portanto, a luz gasta 4,2 anos para vir da alfa Centauro até a Terra. Sendo assim, quando olhamos para essa estrela , nós a estamos vendo como ela era 4,2 anos atrás.

- os astrônomos verificaram que as estrelas encontram-se agrupadas em enormes aglomerações, denominadas  galáxias.  Cada uma dessas galáxias é constituída por muitos bilhões de estrelas. O nosso sistema solar, por exemplo, pertence a uma galáxia denominada  Via-láctea,  cujo diâmetro vale cerca de100000 anos-luz.

-o número de galáxias já observadas pelos cientistas é muito grande ( avalia-se que existem mais galáxias no Universo que habitantes na Terra) . Uma da mais próxima da Via- láctea é a galáxia ( ou nebulosa) de Andrômeda . Os astrônomos conseguiriam determinar nossa distância até Andrômeda e verificaram que ela é de, aproximadamente, 2 milhões de anos-luz! . Portanto, se subitamente todas as estrelas dessa galáxia se extinguissem, somente após 2 milhões de anos esse fato seria percebido aqui da Terra.

-usando aparelhagem e método atualizados, os astrônomos têm conseguido localizar novas galáxias, muito mais afastadas do que Andrômeda. Algumas delas encontram-se a uma distância de dezenas ( ou centenas) de milhões de anos-luz. Corpos celestes, afastados de nós alguns bilhões de anos-luz, já foram detectados, mostrando que o Universo tem dimensões extraordinariamente elevada, muito maiores do que se poderia imaginar;

-uma observação astronômica que teve grande repercussão quando foi  anunciada, no início do século XX , refere-se à expansão   do Universo , analisando a luz emitida por galáxias distantes, os cientistas verificaram ,por meio do efeito Doppler, que essas galáxias estão se afastando rapidamente umas das outras, de modo que as dimensões do Universo estão se tornando maiores a cada momento. Este resultado mostravam, com bastante clareza, que o Universo  não era estacionário,  como acreditava, até não, uma grande parte da comunidade científica.

            È interessante destacar que a concepção de um Universo não-estacionário está de acordo com as idéias proposta pelo famoso físico Albert Einstein, e sua Teoria da Relatividade Geral, na qual ele apresentou novas idéias sobre a gravitação universal, alterando profundamente o trabalho de Newton nesse campo. ( Imaginando um Universo em duas dimensões) , para que você possa ter uma idéia das concepções de Einstein: a superfície do balão representa o próprio Universo em que vivemos, e as pintas são galáxia distribuídas nesse Universo. Sua expansão corresponde ao aumento das dimensões do balão ao ser soprado, Quando isso acorre,as “ galáxias “ se afastam umas da outras.

            A observação do Universo em expansão  levou os cientistas a novas teorias sobre a origem do Universo. Entre elas. A mais conhecida e de maior   aceitação é a teoria da grande explosão ou tória da big-bang ( em inglês, big- bang significa “ grande explosão).  De acordo com essa teoria , há cerca de 15 bilhões de anos toda a matéria e energia do Universo estariam concentradas em uma região muito pequena.  Após uma enorme e súbita explosão, a matéria e a energia foram se espalhando, dando origem a um Universo em expansão. A situação atual nada mais seria do que um momento desse processo.

Fonte: Luiz,Antônio Máximo Ribeiro da,Beatriz Alvarenga Álvares, Física 1 vol 2- São Paulo; Scpione,2006

AS ENORMES DIMENSÕES DO UNIVERSO

            A velocidade da luz é usada na definição de uma unidade de comprimento, denominada 1 ano-luz, muito empregada na medida de distância que a luz astronômicas, O valor de 1 ano-luz é definido como sendo a distância que a luz percorre, no vácuo, em 1 ano ( esta distância vale cerca de  10¹³ km!).

            Para que você tenha uma idéia das enormes dimensões do Universo conhecido pelo homem, apresentaremos, a seguir, alguns exemplos de distâncias entre corpos celestes, expressando-as em anos-luz e procurando interpretar o seu significado.

            Assim, a distância que nos separa da estrela visível a olho nu, mais próxima de nós ( alfa do Centauro), é de 4,2 anos, para chegar à Terra. Em outras palavras, quando observamos esta estrela, estamos realmente vendo-a como ela era há 4,2 anos atrás . Então , se uma nave espacial partisse da Terra ,em direção à alfa do Centauro, e pudesse desenvolver uma velocidade igual à luz ( a máxima velocidade que, de acordo com a Teoria da Relatividade, poderia ser alcançada por um corpo material), ela somente chegaria ao seu destino após ter viajando durante mais de 4 anos ( a título de comparação, informamos que a luz do Sol gasta de 8 minutos para chegar à Terra).

            Os astrônomos verificaram que as estrela encontram-se , no espaço, agrupadas em enormes aglomerações, denominadas galáxias, constituídas, cada uma , por bilhões de bilhões de estrelas, O nosso sistema solar, por exemplo, pertence a uma galáxia, denominada Via - láctea, cujo diâmetro vale cerca de 100 000 anos-luz. O Sol está situado a 30 000 anos-luz do centro da Via láctea.

            O número de galáxias já observadas no Universo é muito grande. Entre elas, uma das mais próximas da Via - láctea é a galáxia ( ou nebulosa) de Andrômeda, que se encontra a um distância de  2 milhões de anos-luz. Portanto m quando ocorre uma explosão em alguma estela desta galáxia, somente após 2 milhões de anos fato ser percebido aqui na Terra.

            Outras galáxias encontram-se muito mais afastadas de nós , já tendo sido detectados corpos celestes a distâncias de centenas de milhões de anos-luz.

 Fonte: Luiz,Antônio Máximo Ribeiro da,Beatriz Alvarenga Álvares, Física 1 vol 2- São Paulo; Scpione,2006

OS TRABALHODE FOUCAILT E MICHELSON

Outro cientista francês, Foucault , aprimorou substancialmente o método usado por Fizeau, substituindo a roda dentada por um sistema de espelhos em rotação. Com este processo, ele conseguiu realizar medidas bem mais precisa do que aquelas feitas por Fizeau. Já em 1862 Foucault obtinha , para a velocidade de luz , o valor c = 2,98 x 10⁸ m/s , bastante próximo do calor que hoje se conhece.

            Leon Foucaut ( 1819-1868)

            Cientista francês que, sido educado inicialmente para ser médico , acabou tornando-se um físico experimental de grande habilidade. Trabalhou com Fizeau, desenvolvendo técnicas de grande precisão para a medida da velocidade da luz. Um de sues trabalhos mais conhecidos é aquele realizado com m pêndulo, no panteon de Paris , demonstrando experimentalmente a rotação da Terra em torno de seu eixo ( pêndulo de Foucault). Por este trabalho , ele recebeu um prêmio da Real Academia de Ciências de Londres , sendo designado físico do Observatório Imperial de Paris.

            Outro resultado muito importante dói obtido por Foucaout: usando seu método dos espelhos girantes , e conseguiu medir a velocidade da luz fazendo-a percorrer distancias muito menores do que as usadas por Fizeau. Desta maneiram fói possível , pela primeira vez, medir o valor da velocidade da luz em materiais, Foucault, fazendo um feixe de luz propagar-se na água, verificou que a luz se deslocava neste líquido com a velocidade v = 2,23x10⁸ m/s , valor este, portanto, inferior a c. Este resultado causou um enorme impacto na época, pois muitos cientistas ( adeptos da ideias dobre a natureza da luz lançadas por Newton muitos anos antes) acreditavam que a luz se propagava, nos meios materiais , com velocidade maior do que no vácuo.

            Após os trabalhos de Foucault, vários cientistas, em diversos países  usando outras, técnicas de medidas, dedicaram-se á tarefa de determinar a velocidade da luz, procurando obter valores cada vez mais precisos, Entre ele devemos destacar o cientista americano A. Michelson, que, durante cerca de 50 anos, realizou as mais cuidadosas experiências com este objetivo. O resultado das últimas medidas realizadas por Michelson , c = 2,9977x10⁸ m/s, publicado em 1932, mostra a grande precisão alcançada por ele em suas experiências.

            Graças à oportunidade destes trabalhos, a velocidade da luz é um dos valores que se conhece com maior precisão ao campo da Física. Analisando cuidadosamente os trabalhos dos inúmeros cientistas que se dedicaram à medida desta grandeza , os físicos chegaram `a conclusão de que , atualmente , o melhor valor para representar a velocidade da luz é :

                                               C = 2,997925x10⁸ m/s

            Este números são fornecido a título do ilustração e não devemos nos preocupar em memoriza-los.  Entretanto, para a maioria das situações em que o valor da velocidade da luz deve ser usado , é suficiente considerar c = 3,00 x10⁸ m/s.