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Volume 39 / Fascículo 1 e 2
Junho 2016
Conteúdo restrito a subscritores
Começo por explicar que a luz laser tem um conjunto de propriedades interessantes e invulgares. Dentro de momentos irei falar-lhes de coisas como multiplicação de fotões e emissão estimulada, mas para já apenas vou desvendando algumas das características que exibe, por exemplo, o brilhante feixe de luz verde do laser que uso como apontador.
O Ano Internacional da Luz (AIL2015) foi anunciado em Portugal em Setembro de 2014 na Conferência Nacional de Física realizada no Instituto Superior Técnico, que contou com a presença do Comissário internacional e Presidente da Sociedade Europeia de Física, John Dudley. Após ter sido criada uma Comissão Nacional que reúne representantes das Sociedades Portuguesas de Física, de Química e de Óptica, da Ordem dos Biólogos, da UNESCO e da Agência Ciência Viva, o AIL2015 foi inaugurado em Portugal, em Março de 2015 com uma palestra do Coordenador da Comissão Nacional sobre a história do nosso conhecimento da luz e um espectacular show de luz da responsabilidade da Fábrica Ciência Viva em Aveiro, na mais antiga escola secundária portuguesa, a Escola Básica e Secundária Passos Manuel, em Lisboa.
O ano de 2015 foi proclamado pela UNESCO como o Ano Internacional da Luz e das Tecnologias baseadas em Luz. Neste sentido, pretende-se consciencializar a população para a importância do papel que a luz desempenha no nosso dia-a-dia. Com este artigo, os autores pretendem fazer uma breve revisão da História da luz, descrevendo sucintamente as teorias adjacentes a este fenómeno, bem como as principais descobertas que assentam na mesma. Para além disto, são também expostas algumas aplicações em que a luz é utilizada.
A Luz é certamente a única coisa que “entra pelos olhos adentro” de todos os que têm a sorte de não serem invisuais. Todos “sabem” o que a luz é e o que se faz com ela! Uma vez reconhecida a sua natureza de onda electromagnética, a sua importância como sonda, como mediadora de informação ou causa de processos físicos e químicos na matéria, passou a ser manifesta. Desde o início do século XX, a Luz esteve, de alguma forma, por trás de três dezenas de prémios Nobel da Física, nos domínios da óptica, electromagnetismo, astrofísica, instrumentação, electrodinâmica, coerência, tecnologias, entre outros.
A “luz”, num sentido lato, consiste na propagação de perturbações de campos eléctrico e magnético, ou seja em ondas electromagnéticas. A sua origem e a forma como interage com a matéria obedece a condições específicas suas e da matéria. Por isso, conseguindo analisar as características da “luz” que é produzida por uma fonte de “luz” e da que é absorvida, difundida, modificada numa palavra, pela matéria, pode conhecer-se as características da matéria a observar.
O tema da luz constitui um ponto de observação extremamente fecundo para o conhecimento da mundividência do Ocidente europeu, na transição do período medieval para a época moderna. Na expressão pictórica, confluem testemunhos de apropriação do real dominados por esta temática que são transversais à poesia, à filosofia e à vivência do quotidiano, ilustrando o estado embrionário do conhecimento científico e tecnológico, e a construção de um novo paradigma a partir de profundas e demoradas transformações mentais.
A natureza da luz foi sempre um assunto muito debatido desde o tempo dos filósofos gregos até aos nossos dias. As várias concepções sobre a luz, que foram sendo estabelecidas ao longo dos séculos, originaram diversas teorias que os defensores tentaram clarificar e consolidar e os detractores procuraram desacreditar.
Profissão: Fotoquímico. Por vezes, apresento-me dizendo a minha profissão: “Carlos Serpa, Fotoquímico; Muito prazer.” De alguma forma a frase é dita como um desafio ao meu interlocutor, pois imagino serem diversas as interpretações dadas à natureza da minha profissão: o que será um Fotoquímico? Algo ligado à fotografia, aos fotões, à luz… Sim, a Luz está no cerne da minha vida profissional, porque está no cerne da nossa Vida. Fotões (ou luz) sempre estiveram presentes, desde o começo do universo, nos processos que deram origem à vida. O melhor e sempre maravilhoso exemplo é uma “simples” reação possível debaixo da luz do sol (em presença de clorofila) e em que os produtos são comida (C6H12O6) e respiração (O2).
PET, Tomografia de Emissão com Positrões, é uma técnica de Imagiologia Molecular que nos permite localizar e quantificar ínfimas concentrações de moléculas marcadas com isótopos radioativos emissores de positrões. São exemplos destes radioisótopos o carbono-11, o azoto-13, o oxigénio-15 ou o flúor-18, que têm períodos de semidesintegração muito curtos, de poucos minutos a cerca de duas horas. Cada núcleo destes átomos decai por emissão de um positrão que, após um curto trajecto, se aniquila com um eletrão do meio emitindo dois fotões em sentidos opostos (Figura 1).
A luz de Lisboa tem sido celebrada por poetas e escritores, pintores e outros artistas, captada pelos mais reputados fotógrafos e cineastas. Lisboetas ou não, todos sabem que há alguma magia nesta luz. Mas, o que torna esta luz tão especial? A luz, radiação eletromagnética que vem do Sol, que se reflete, refrata e dispersa das mais diversas formas, é a única fonte de luz natural que possuímos. Pequena parte da radiação eletromagnética que recebemos (Figura 1), a única fração que os nossos olhos conseguem ver de uma forma direta, a luz visível é, embora aparentemente branca, constituída por várias cores que podemos observar em inúmeros fenómenos atmosféricos como, por exemplo, no arco-íris.
Desde os primórdios da civilização, a luz desempenha um papel essencial na vida dos povos. O Sol e as restantes estrelas do firmamento constituem as primeiras fontes de luz natural, permitindo que o Homem e os animais disfrutem integralmente do sentido da visão. De noite, a Lua também desempenha uma função vital, refletindo os raios solares e iluminando a face escurecida da Terra.
Os díodos emissores de luz (LED, acrónimo de Light Emitting Diode) são fontes de luz baseados em materiais semicondutores, que apresentam uma elevada eficiência, longo tempo de vida e elevada robustez. O desenvolvimento, nos últimos 20 anos, de LED azuis muito eficientes, abriu a possibilidade de utilizar estes dispositivos na geração da designada luz branca, os “LED brancos”, que já começaram a entrar nas nossas casas e que vão certamente revolucionar as tecnologias de iluminação nos próximos anos. Este artigo dá uma breve introdução ao desenvolvimento e funcionamentos dos LED e à sua utilização para a iluminação em geral.
Desde os primórdios da humanidade que a comunicação se assumiu como um desígnio. O registo do primeiro sistema de comunicações a longa distância remonta a 1000 a.C., na China, onde sinais de fumo foram utilizados para a transmissão de mensagens codificadas. Pelo seu caráter visual, podemos considerar este como o primeiro sistema de comunicações, baseado em sinais ópticos, ou seja, o primeiro sistema de comunicações ópticas.
Quase toda a luz que ilumina o nosso planeta vem direta ou indiretamente do nosso sol. A luz do dia e a iluminação natural são radiações eletromagnéticas na região do visível que chega do Sol. A iluminação artificial, gerada em lâmpadas ou LED, é alimentada por energia que vem ou veio (num passado muito longínquo no caso dos combustíveis fósseis) da nossa estrela1.
Em 2015, celebramos o Ano International da Luz. Um pouco por todo o mundo, celebram-se os 1 000 anos do tratado de óptica, publicado por Ibn Al-Haitham, os 150 anos do eletromagnetismo de Maxwell, os 100 anos da teoria da relatividade geral de Einstein, os 50 anos da descoberta da radiação cósmica de fundo, entre outras importantes efemérides. Todas estas celebrações têm algo em comum, a capacidade dos seres humanos de decifrar a linguagem universal, a luz cósmica. Este artigo pretende chamar a atenção para a importância da proficiência nesta comunicação entre seres humanos e o cosmos. Pretende ainda ser um alerta para a necessidade de inspirar as novas gerações para a importância e a beleza da ciência, ferramenta indispensável para a construção de uma civilização justa, tolerante e consciente da sua dimensão e fragilidade neste lindíssimo cosmos.
O provérbio popular diz que “candeia que vai à frente alumia duas vezes” e assim é com a investigação fundamental em física das partículas. Ao explorar as fronteiras do conhecimento, a investigação fundamental descobre fenómenos e propriedades novos que abrem o caminho para invenções e tecnologias que acabam a popular o nosso quotidiano.
Durante os últimos 100 anos, um progresso assinalável em varias áreas da física, astrofísica e cosmologia contribuiu definitivamente para uma melhor compreensão sobre a matéria de que é feito o universo. No entanto, para grande surpresa de todos uma nova forma de matéria foi descoberta – a matéria escura. Esta é muito mais abundante do que a matéria comum de que nós e o Sol somos feitos. Atualmente só conhecemos a sua existência devido à sua ação gravítica. De que partículas fundamentais é feita esta nova forma de matéria? Como interage a matéria escura com a matéria comum? Estas são duas das muitas questões sobre a matéria escura a que os físicos e astrofísicos terão que responder nas próximas décadas.
Aqui vos quero falar do fotão, a partícula da luz, e das suas inusitadas propriedades. O fotão pertence à classe dos bosões, ou seja, das partículas que carregam um campo. Neste caso, é o campo electromagnético. Ele possui interessantes propriedades, que iremos revelar, como sejam, a transversalidade, a polarização, a ausência de massa e de carga eléctrica, a rapidez, e por último, a vorticidade. Ele traz-nos informação de todo o universo, desde o Sol e a Lua até às galáxias distantes. Ele também nos permite criar feixes de luz chamados lasers, ligar o tempo com o espaço, e de caminho, estudar a estrutura das células. O fotão é como uma janela aberta para o mundo.
A luz foi a fonte que, durante o século XX, conduziu à rutura científica e tecnológica da definição do metro e da respetiva realização prática. O conhecimento sobre a luz veio permitir que o metro, unidade de base da grandeza comprimento, passasse, desde 1960, a ser definido a partir de propriedades da luz. Paralelamente a evolução tecnológica veio possibilitar que, desde 1983, a realização prática do metro seja efetuada através de sistemas que produzem luz monocromática, colocando no museu de metrologia a cópia n.º 10 de platina iridiada com secção em X do protótipo internacional do metro, fruto da Convenção do Metro (1875) [1] e atribuída a Portugal na 1.ª Conferência Geral dos Pesos e Medidas (1889).
Este trabalho tem por objetivo a medição da constante de Planck, h, com díodos emissores de luz (LED), usando um método pouco complicado e que, com recurso a um amplificador integrado de luz, permite chegar não só à ordem de grandeza da constante (10-34 J s) mas também estabelecer o seu valor até às décimas dentro da incerteza da metodologia proposta. Com esta experiência, obteve-se um valor para a constante de Planck de (6,6 ± 0,2)×10-34 J s.
Agrupamento de Escolas de Almodôvar tem promovido a ligação entre várias áreas do saber e entre os vários ciclos de ensino, numa lógica de cooperação e desenvolvimento do conhecimento acessível a todos. Celebrar o Ano Internacional da Luz foi, este ano, o mote para desenvolver projetos internos interdisciplinares (como Poemas com Luz e Luz Sustentável) e participar em outros a nível nacional como o das Cidades Sustentáveis, que divulgaram diferentes fenómenos e tecnologias ligadas à luz.
Foram muitos os professores do Ensino Básico e Secundário que celebraram 2015 – o Ano Internacional da Luz, nas escolas, envolvendo os alunos em múltiplas atividades, muitas vezes com o apoio de investigadores do Ensino Superior [1]. Como exemplo destas comemorações, apresentam-se questões das Provas Locais de Seleção de alunos dos escalões A (9.º ano) e B (11.º ano), candidatos às Olimpíadas Nacionais de Física, realizadas nos Salesianos de Lisboa, em Fevereiro de 2015, precisamente sobre a temática da luz.
O ponto de partida deste estudo para a implementação de atividades práticas no 1.º Ciclo do Ensino Básico foi o ensino e aprendizagem de temas relacionados com sustentabilidade, energia e preservação do ambiente. Parte-se da assunção que a importância da educação centrada na educação em ciência e no ensino experimental de ciências, nos anos iniciais de escolaridade, é fundamental numa escola que pretende ser atual. O grupo participante foi uma turma especial não só por integrar alunos dos quatro anos de escolaridade, mas por alguns manifestarem dificuldades de aprendizagem. A proposta, baseada em atividades práticas, teve como objetivos: (i) reconhecer o Sol como fonte de energia renovável e (ii) refletir nas razões para poupar energia. A análise efetuada sobre os dados recolhidos permitiu concluir que estas atividades promovem o interesse pela ciência de forma criativa, possibilitam a interdisciplinaridade e fomentam atitudes e valores de respeito sobre o ambiente.
A luz A luz que incide nem tão calorosa, nem tão fria é proveniente da alvorada do nascer de um glorioso dia.
Para onde vai a luz quando se apaga? A própria pergunta pressupõe uma caminhada, uma coisa que deixa de ser coisa porque tem intenção, vontade; dirige-se não é dirigida. Várias hipóteses de formas ou percursos do desaparecimento da luz.

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