Física do ensino fundamental · Grades 1–9
28A luz viaja em linha reta
Feixes de sol atravessam inclinados a névoa da manhã entre as árvores — retos como barbantes esticados, todos eles. Uma lanterna num sótão empoeirado joga uma lâmina de luz de bordas retas. Você consegue ouvir um colega chamando da esquina, mas não consegue vê-lo lá. Tudo isso é uma única lei vestida com roupas diferentes — a lei mais antiga da luz.
28.1 A lei da linha reta
Proposição 28.1 (A luz viaja em linha reta)
No ar (como na água, no vidro ou no espaço vazio), a luz viaja em linha reta. Ela não faz curva nas esquinas, não flutua à toa como a fumaça, não se entorta para achar você atrás de uma parede. Onde uma linha reta partindo da fonte não chega, não chega luz nenhuma dessa fonte.
Definição 28.2 (Raio de luz)
Para desenhar a luz, os físicos usam o raio de luz: uma linha reta com uma seta, mostrando um fio de luz e o sentido em que ele corre. O feixe de uma lanterna é desenhado como um leque de raios; um feixe fino de laser, como um raio só. Como a seta da força, o raio é um desenho pequeno que carrega uma lei dentro dele: as estradas da luz são retas como uma régua.
Exemplo 28.3 (Onde a lei se mostra)
Depois que se conhece a lei, ela aparece em toda parte: os feixes retos de sol na névoa ou entre as ripas de uma persiana; a borda reta e nítida do feixe de uma lanterna no ar empoeirado; o fio absolutamente reto de um apontador laser; e todo farol varrendo lâminas retas de luz pelo mar noturno. Luz entortada nunca se vê — chafarizes e florestas podem fazer curva, a luz não faz.
28.2 Provando com três cartões
Método 28.4 (A experiência dos três cartões)
- Faça um furinho no meio de três cartões rígidos, todos na mesma altura;
- ponha os cartões em pé, em fila, com um palmo de distância entre eles, e uma vela acesa (ou uma lanterna) atrás do último;
- mexa a cabeça até enxergar a chama através dos três furos — só possível quando os três furos e a chama estiverem numa mesma linha reta (confira: um barbante esticado passando pelos furos chega à chama);
- agora deslize o cartão do meio para o lado, só a largura de um dedo.
A chama some. A luz que poderia ter ziguezagueado — pelo primeiro furo, um pulinho para o lado, pelo furo deslocado e daí até o seu olho — simplesmente não faz isso: sem linha reta, sem luz.
Exemplo 28.5 (As sombras explicadas de vez)
Agora a sombra do seu primeiro ano de escola entrega o segredo dela. Os raios correm retos a partir da lâmpada; a bola detém os que batem nela; os raios que passam raspando a borda seguem retos em frente. Atrás da bola fica exatamente o espaço que nenhum raio reto consegue alcançar — a sombra, com a borda nítida desenhada pelos últimos raios que escaparam. Raios retos, sombras nítidas: uma luz torta borraria toda sombra numa névoa.
28.3 Enxergar é receber luz
Proposição 28.6 (Como funciona a visão)
Você enxerga uma coisa quando a luz dela viaja em linha reta até o seu olho — a luz própria dela, se for uma fonte, ou a luz do Sol ou da lâmpada que ela devolve, nos outros casos. Nada sai do seu olho para agarrar o mundo: enxergar é receber, pegar raios como uma rede pega bolas.
Exemplo 28.7 (Do outro lado da esquina)
O seu colega chama da esquina da escola: você o ouve, mas não consegue vê-lo. O som se espalha como os anéis num lago e contorna a quina; a luz mantém as suas estradas retas, e nenhuma linha reta liga o rosto do seu colega ao seu olho através do tijolo. Para enxergar depois de uma esquina, é preciso dobrar a estrada — dar ao raio uma superfície dura e brilhante em que ele possa quicar. Esse truque se chama espelho, e ele é o dono do primeiro capítulo de luz do ano que vem.
Observação 28.8 (O corredor campeão)
O som, como medimos, trota a por segundo. A luz, nas estradas retas dela, joga em outra liga: ela atravessa o céu inteiro mais depressa do que qualquer contagem consegue acompanhar — e é por isso que o clarão chega “na hora” e o trovão se arrasta alguns segundos atrás. E quão rápido, exatamente? O número é tão absurdo que o guardamos para um ano mais adiante — junto com a história dos truques espertos que foram necessários para medi-lo.
28.4 Exercícios
Exercício 28.1 ★
Enuncie a lei deste capítulo. Diga dois lugares ao ar livre em que ela pode ser vista.
Exercício 28.2 ★
O que é um raio de luz, e quais duas coisas o desenho dele mostra?
Exercício 28.3 ★
Na experiência dos três cartões, em que caso exatamente você consegue ver a chama? Qual movimento único a faz sumir, e por quê?
Exercício 28.4 ★
Como a lei da linha reta explica a borda nítida de uma sombra?
Solução
Solução de Exercício 28.4.
Os raios correm retos a partir da lâmpada; o obstáculo detém alguns, e os raios que passam raspando a borda dele seguem retos em frente. A fronteira entre o chão alcançado e o não alcançado é desenhada por linhas retas — daí a borda nítida.
Exercício 28.5 ★
Você está vendo este livro agora. Conte a viagem da luz que torna isso possível, de uma lâmpada até o seu olho.
Solução
Solução de Exercício 28.5.
A luz sai da lâmpada, corre reto até a página, quica no papel e corre reto da página até o seu olho — que a recebe. Dois trechos retos com um quique no meio.
Exercício 28.6 ★
Por que você consegue ouvir um colega do outro lado da esquina mas não consegue vê-lo? O que cada viajante — o som e a luz — faz na esquina?
Exercício 28.7 ★
Um buraco de fechadura, um cômodo iluminado do outro lado e o seu olho: de que pontos do corredor escuro dá para ver a lâmpada pelo buraco da fechadura? Responda com uma linha reta.
Solução
Solução de Exercício 28.7.
Só dos pontos em que uma linha reta passando pelo buraco da fechadura alcança a lâmpada — olho, buraco e lâmpada alinhados. Dê um passo para o lado e a linha esbarra na porta.
Exercício 28.8 ★
De um fogo de artifício distante, o que chega primeiro: o estouro ou o clarão? Qual lei e qual medida deste ano explicam a diferença?
Solução
Solução de Exercício 28.8.
O clarão: a viagem da luz conta como instantânea, enquanto o estouro atravessa trotando a por segundo — três segundos de silêncio por quilômetro de distância.
Exercício 28.9 ★
“Quando eu olho para uma estrela, alguma coisa sai do meu olho para tocar nela.” Corrija essa crença antiga com a Proposição 28.6 — o que viaja, e em que sentido?
Exercício 28.10 ★★
Projete, com um desenho de raios, um jeito de observar o corredor de dentro do seu quarto usando o truque do espelho anunciado no Exemplo 28.7: onde a superfície brilhante precisa ficar, na porta, e o que ela faz com a estrada do raio? (Os submarinos usam exatamente isso, empilhado duas vezes, para enxergar acima das ondas.)
Solução
Solução de Exercício 28.10.
Ponha a superfície brilhante na porta, inclinada num ângulo de meio ângulo reto em relação ao corredor. Um raio que corre pelo corredor bate no espelho inclinado e a estrada dele se dobra: ele vira a esquina e corre reto pela porta até dentro do quarto, chegando ao seu olho. Duas dobras dessas, uma acima da outra, formam o periscópio do submarino.
Exercício 28.11 ★★
Numa manhã de névoa, os feixes de sol se abrem em leque entre as árvores em linhas visivelmente retas — e o seu colega diz: “A gente vê os feixes, então a luz deve ser um material visível pendurado no ar.” O que vocês dois estão realmente vendo quando um “feixe” aparece na névoa ou na poeira, e como esse feixe ficaria num ar perfeitamente limpo?
Solução
Solução de Exercício 28.11.
Vocês não estão vendo a luz em pleno voo — estão vendo as incontáveis gotinhas e partículas de poeira em que o feixe bate no caminho, cada uma devolvendo um pouquinho de luz até os seus olhos. Num ar perfeitamente limpo não há em que bater, e o feixe fica invisível de lado: só a mancha clara em que ele chega o denuncia.