Polarização

Polarização é um fenômeno que ocorre apenas em ondas transversais. A polarização pode vir a ocorrer tanto em ondas mecânicas, quanto em ondas eletromagnéticas.

Filtro polarizador

Um filtro polarizador é um tipo de filtro que permite a passagem das ondas transversais em apenas uma direção de vibração específica. Nas ondas mecânicas, uma fenda pode atuar como um filtro polarizador.

Nas ondas eletromagnéticas temos como por exemplo o filtro polarizador presente na objetiva de algumas máquinas fotográficas, que permitem que a luz passe apenas com uma direção específica de polarização.

Tipos de filtros polarizadores

• Filtro polarizador horizontal: Permite a passagem de ondas apenas com a polarização horizontal.
• Filtro polarizador vertical: Permite a passagem de ondas apenas com a polarização vertical.

Ondas mecânicas

Uma onda mecânica transversal com vibração em apenas uma direção é uma onda polarizada. O som é um exemplo de onda mecânica que não sofre polarização, já que é uma onda longitudinal.

Uma corda sendo periodicamente balançada em apenas uma direção é um exemplo de onda polarizada.

Esquema de uma corda (onda mecânica) passando por uma fenda (filtro polarizado).

Na imagem acima temos duas situações diferentes:

1. Filtro polarizador vertical

Nesse primeiro caso temos uma corda sendo balançada na vertical, atuando como uma onda mecânica transversal com polarização na vertical. 

Essa corda atravessa uma fenda na vertical, que atua como um filtro polarizador vertical. 

Como a corda só tem componentes polarizadas verticalmente, vai passar normalmente pela fenda.

2. Filtro polarizador horizontal

No segundo caso, também temos uma corda sendo balançada na vertical, atuando como uma onda mecânica transversal com polarização na vertical.

Essa corda atravessa por uma fenda na horizontal, que atua como um filtro polarizador horizontal.

Como a corda só tem componentes polarizadas verticalmente, nada vai passar pela fenda.

Ondas eletromagnéticas

Todas as ondas eletromagnéticas são transversais, portanto todas sofrem o efeito de polarização.

O que é uma onda eletromagnética?

Uma onda eletromagnética possui duas componentes, a do campo elétrico, e a do campo magnético. Ambas se mantém, já que o campo elétrico variável gera o campo magnético, e o campo magnético variável gera o campo elétrico. 

A variação desses campos vai sempre ocorrer de forma perpendicular à direção de propagação, e por isso recebe o nome de onda transversal.

Tipos de polarização

Temos 2 principais tipo de polarização:

• Polarização por refração: Quando a luz é refratada ela fica parcialmente polarizado.
• Polarização por reflexão: Quando o raio de luz é refletido em um ângulo específico, ele é totalmente polarizado. Esse ângulo é chamado de ângulo de Brewster em homenagem ao cientista David Brewster (1781 - 1868).

Ângulo de Brewster

Quando temos a polarização por reflexão, temos o conceito de ângulo de Brewster, que é o ângulo da luz refletida em que ocorre a polarização total.

Esse ângulo obedece a seguinte lei dita por Brewster: “A polarização da luz por reflexão na superfície de um corpo transparente é total quando o raio refletido for perpendicular ao raio refratado.”

Para o cálculo desse ângulo, podemos utilizar uma fórmula derivada da Lei de Snell:

Sendo:

• ΘB é o ângulo de Brewster;
• arctg é a função inversa da tangente;
• n1 é o índice de refração do primeiro meio;
• n2 é o índice de refração do segundo meio;

A lei de Snell é dada pela seguinte fórmula:

Sendo:

• n1 é o índice de refração do primeiro meio;
• n2 é o índice de refração do segundo meio;
• Θi  o ângulo de incidência;
• Θr o ângulo de reflexão;

Filtros polarizadores de luz

Esquema de uma fonte de luz e dois filtros polarizadores.

Existem dois tipos de fonte de luz, as fontes incoerentes, e a fontes coerentes.

Lâmpadas convencionais são exemplos de fonte de luz incoerente, pois emitem as ondas eletromagnéticas com frequências diferentes, fases diferentes, em várias direções e de forma desordenada. 

Lasers são exemplos de fonte de luz coerente, emitindo ondas eletromagnéticas com a mesma frequência, fase e direção.

Se colocarmos um filtro polarizador em uma fonte incoerente, vamos restringir as direções de vibração, fazendo com que a luz se torne polarizada.

Se combinarmos dois filtros que possuem um ângulo reto (ângulo de 90°) entre as linhas de polarização, como mostra na imagem acima, a luz não irá passar do segundo.

Isso ocorre porque quando a luz sai do primeiro filtro polarizador, ela vai sair polarizada de acordo com o filtro, não sobrando nenhuma componente que consiga passar no próximo filtro.

Luz polarizada no cinema

Algo comum no cinema hoje em dia é a utilização da tecnologia 3D, onde temos a sensação de profundidade quando assistimos um filme.

Para que esse efeito ocorra precisamos utilizar o fenômeno chamado de estereoscopia, onde uma mesma cena possui pontos de observação diferentes, causando a impressão de que a imagem é tridimensional.

Para isso, temos dois projetores que produzem luz polarizada na horizontal, e luz polarizada na vertical.

Os óculos 3D também são filtros polarizadores, sendo uma lente um filtro polarizador horizontal, e a outra lente um filtro polarizador vertical.

Fórmulas