Natureza da luz ondulatória

A luz que podemos ver com nossos olhos, luz visível, é um tipo de radiação eletromagnética. Como a radiação eletromagnética transporta energia pelo espaço, ela é também conhecida como energia radiante. Existem vários tipos de radiação eletromagnética além da luz visível. Essas diferentes formas, como ondas de rádio que "transportam" música, a radiação infravermelho (calor) de lareiras incandescentes e os raios X usados por um dentista, podem parecer muito diferentes umas das outras, porém elas compartilham certas características fundamentais.

Todos os tipos de radiações eletromagnéticas movem-se no vácuo a uma velocidade de 3,00 x 10^8 m/s, a velocidade da luz. Além disso, todas têm características ondulatórias semelhantes às ondas que se movem na água. As ondas de água são resultado da energia transferida para a água, talvez pela queda de uma pedra ou o movimento de um barco pela sua superfície, como mostra a (Figura 1). Essa energia é expressa em movimentos da água para cima e para baixo.

Figura 1. Ondas na superfície da água

Uma seção transversal de onda de água mostra que ela é periódica: o padrão de picos e depressões repetem-se a intervalos regulares. A distância entre picos (ou depressões) é chamada comprimento de onda. O número de comprimentos de ondas, ou ciclos, que passam por determinado ponto a cada segundo, é a frequência da onda. Podemos medir a frequência da onda contando o número de vezes por segundo que uma rolha oscilando em sua superfície se move por um ciclo completo de movimentos para cima e para baixo.

As características ondulatórias de uma radiação eletromagnética devem-se a oscilações periódicas de intensidades de forças eletrônicas e magnéticas associadas com a radiação. Podemos apontar a frequência e o comprimento de onda para essas ondas eletromagnéticas, como mostra a Figura 2.

Figura 2. Ondas características de água. (a) A distância entre os pontos correspondentes em cada onda é chamado comprimento de onda. (b) O número de vezes por segundo que a rolha emerge ou afunda é chamada frequência.

Como a radiação eletromagnética se move à velocidade da luz, o comprimento de onda e a frequência estão relacionados. Se o comprimento de onda é longo, existirão menos ciclos da onda passando por um ponto por segundo; logo, a frequência será baixa. De maneira inversa, para uma onda que têm frequência alta, a distância entre os picos da onda deverá ser menor (comprimento de onda curto). 

A (Figura 3) e (Figura 4) mostra os vários tipos de radiação eletromagnética distribuídos em ordem crescente de comprimento de onda, um mostrador chamado espectro eletromagnético. Note que os comprimentos de onda se estendem por uma faixa enorme. Os comprimentos de onda dos raios gama são parecidos com diâmetros de núcleos atômicos, enquanto as ondas de rádio podem ser mais longos do que um campo de futebol. Note também que a luz visível, que compreende os comprimentos de onda de aproximadamente 400 a 700 nm, é uma porção extremamente pequena do espectro eletromagnético.

Figura 3. Comprimentos de onda de 400 a 700 nm, luz visível

Figura 4. Tipos de ondas eletromagnéticas existentes

Podemos ver a luz visível por causa das reações químicas que ela provoca em nossos olhos. A unidade de comprimento normalmente escolhida para expressar o comprimento de onda depende do tipo de radiação. A frequência é expressa em ciclos por segundo, uma unidade também chamada hertz (Hz). Como se entende que ciclos estão envolvidos, as unidades de frequência são geralmente dadas como 'por segundo'. Por exemplo, uma frequência de 820 quilohertz (KHz), típica de estação de rádio AM, poderia ser escrita como 820.000 s^(-1).