As ondas são de dois tipos.Em distúrbios vibracionais longitudinais são paralelos à direção de sua propagação. Um exemplo é a passagem do som pelo ar. Ondas de cisalhamento são constituídas por distúrbios que formam um ângulo de 90 ° em relação à direção de deslocamento. Assim, por exemplo, uma onda, passando horizontalmente por uma massa de água, causa vibrações verticais em sua superfície.
Uma série de misteriosos efeitos ópticos observados emmeados do século XVII, foi explicado quando a luz polarizada e natural passou a ser vista como um fenômeno ondulatório e as direções de sua oscilação foram descobertas. O primeiro chamado efeito de polarização foi descoberto pelo médico dinamarquês Erasmus Bartholin em 1669. O cientista observou refração dupla, ou birrefringência, na longarina islandesa, ou calcita (uma forma cristalina de carbonato de cálcio). Quando a luz passa pela calcita, o cristal a divide, produzindo duas imagens que se deslocam uma da outra.
Newton sabia sobre este fenômeno e sugeriu que,talvez os corpúsculos de luz tenham assimetria ou "unilateralidade", o que poderia ser o motivo da formação de duas imagens. Huygens, um contemporâneo de Newton, foi capaz de explicar a refração dupla com sua teoria das ondas elementares, mas não entendeu o verdadeiro significado do efeito. A birrefringência permaneceu um mistério até que Thomas Jung e o físico francês Augustin-Jean Fresnel sugeriram que as ondas de luz eram transversais. Uma ideia simples permitiu explicar o que é luz polarizada e luz natural. Isso forneceu uma base natural e descomplicada para analisar os efeitos de polarização.
A birrefringência é causada por uma combinação de doispolarizações perpendiculares, cada uma com sua própria velocidade de onda. Devido à diferença de velocidade, os dois componentes possuem índices de refração diferentes e, portanto, são refratados de forma diferente através do material, produzindo duas imagens.
Fresnel desenvolveu rapidamente um modelo complexoondas transversais, que levaram à birrefringência e uma série de outros efeitos ópticos. Quarenta anos depois, a teoria eletromagnética de Maxwell explicou com elegância a natureza transversal da luz.
As ondas eletromagnéticas de Maxwell são compostas decampos magnéticos e elétricos vibrando perpendicularmente à direção da viagem. Os campos estão a 90 ° um do outro. Neste caso, as direções de propagação dos campos magnéticos e elétricos formam um sistema de coordenadas para destros. Para uma onda com uma frequência f e comprimento λ (eles estão relacionados pela dependência λf = c), que se move na direção x positiva, os campos são descritos matematicamente:
As equações mostram que os campos elétrico e magnético estão em fase um com o outro. Em qualquer momento, eles atingem simultaneamente seus valores máximos no espaço, iguais a E0 e B0... Essas amplitudes não são independentes. As equações de Maxwell mostram que E0 = cB0 para todas as ondas eletromagnéticas no vácuo.
Ao descrever a orientação do magnético e elétricoOs campos de ondas de luz geralmente indicam apenas a direção do campo elétrico. O vetor campo magnético é determinado pela exigência da perpendicularidade dos campos e sua perpendicularidade à direção do movimento. A luz natural e linearmente polarizada se distingue pelo fato de que nesta última os campos oscilam em direções fixas conforme a onda se move.
Outros estados de polarização também são possíveis.No caso de vetores circulares de campos magnéticos e elétricos giram em relação à direção de propagação com amplitude constante. A luz elipticamente polarizada é intermediária entre as polarizações lineares e circulares.
Átomos na superfície de um filamento aquecido,que geram radiação eletromagnética operam independentemente uns dos outros. Cada radiação pode ser modelada aproximadamente na forma de trens curtos com uma duração de 10-9 a 10-8 segundos.A onda eletromagnética que emana do filamento é uma superposição desses trens, cada um com sua própria direção de polarização. A soma dos trens orientados aleatoriamente forma uma onda, cujo vetor de polarização muda rápida e aleatoriamente. Essa onda é chamada de não polarizada. Todas as fontes de luz natural, incluindo o sol, lâmpadas incandescentes, lâmpadas fluorescentes e chamas, produzem essa radiação. No entanto, a luz natural muitas vezes é parcialmente polarizada devido ao espalhamento e reflexão múltiplos.
Assim, a diferença entre a luz polarizada e a luz natural reside no fato de que, na primeira, as vibrações ocorrem no mesmo plano.
A luz polarizada pode ser produzida emcasos em que a orientação espacial é determinada. Um exemplo é a radiação síncrotron, na qual partículas carregadas de alta energia se movem em um campo magnético e emitem ondas eletromagnéticas polarizadas. Existem muitas fontes astronômicas conhecidas que emitem luz naturalmente polarizada. Estes incluem nebulosas, remanescentes de supernovas e núcleos galácticos ativos. A polarização da radiação cósmica é estudada para determinar as propriedades de suas fontes.
Luz polarizada e luz natural separadaao passar por vários materiais, o mais comum deles é a polaroid criada pelo físico americano Edwin Land. O filtro consiste em longas cadeias de moléculas de hidrocarbonetos orientadas em uma direção por meio de um processo de tratamento térmico. As moléculas absorvem seletivamente a radiação cujo campo elétrico é paralelo à sua orientação. A luz que sai do polaróide é linearmente polarizada. Seu campo elétrico é perpendicular à direção de orientação das moléculas. A polaroid encontrou aplicações em muitas áreas, incluindo óculos de sol e filtros de luz que reduzem o efeito da luz refletida e difusa.
Em 1808, o físico Etienne-Louis Malus descobriu quea luz refletida de superfícies não metálicas é parcialmente polarizada. O grau desse efeito depende do ângulo de incidência e do índice de refração do material reflexivo. Em um caso extremo, quando a tangente do ângulo de incidência do feixe no ar é igual ao índice de refração do material reflexivo, a luz refletida torna-se completamente polarizada linearmente. Este fenômeno é conhecido como Lei de Brewster (em homenagem a seu descobridor, o físico escocês David Brewster). A direção da polarização é paralela à superfície reflexiva. Como o brilho da luz do dia tende a ocorrer quando reflete em superfícies horizontais, como estradas e água, os óculos de sol costumam usar filtros para capturar a luz polarizada horizontalmente e, portanto, remover seletivamente os reflexos da luz.
Espalhamento de luz por objetos muito pequenos, dimensõesque são muito menores do que o comprimento de onda (o chamado espalhamento de Rayleigh em homenagem ao cientista inglês Lord Rayleigh), também cria polarização parcial. Quando a radiação solar passa pela atmosfera terrestre, é espalhada por moléculas de ar. A luz difusa polarizada e natural atinge a Terra. O grau de sua polarização depende do ângulo de espalhamento. Como a pessoa não distingue entre luz natural e luz polarizada, esse efeito, via de regra, passa despercebido. No entanto, os olhos de muitos insetos reagem a ela e usam a polarização relativa da radiação espalhada como uma ferramenta de navegação. Um filtro de câmera comum usado para reduzir a radiação de fundo na luz solar intensa é um polarizador linear simples que separa a luz Rayleigh natural da polarizada.
Os efeitos de polarização são observados em opticamentemateriais anisotrópicos (nos quais o índice de refração muda com a direção da polarização), como cristais birrefringentes, algumas estruturas biológicas e materiais opticamente ativos. As aplicações tecnológicas incluem microscópios polarizadores, telas de cristal líquido e instrumentos ópticos usados para estudar materiais.
