domingo, 24 de julho de 2011

T27. Bubbles and Newton. Light and Shade by Haidi Fiedler, INCT-Catalysis, Depto. de Química, UFSC

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CCell asks: Why in your laboratory you do so many experiments combining light with the chemistry of soap, water and various elements of the famous Periodic Table of Chemical Elements? This questioning continued during the Corpus Christi holiday, in Florianópolis, where CCell was visiting our home, playing with soap bubbles, and marveling at the myriad of colors.
Since all our other rooms were occupied, he ended up sleeping in the Library. Obviously, even after being warned that he should not be reading until later (CCell's vision, in the electromagnetic spectrum, ranges all the way from the UV-Vis region to X-rays), he said, yes, yes …. but he spent the night "fully awake". At dawn, CCell was still reading, and I asked him: What are you reading? He replied: "Optics" by Isaac Newton, where he writes about the colors of soap bubbles and relates the colors to the thickness of the formed films.

We know today that the intuitive idea of Newton was right! White light is composed of many colors and if blue color is eliminated from white light, what we see is the complementary color: yellow. From the principles of modern optics, we know that we can eliminate colors using destructive interference. Thus, we can say that the colors of soap bubbles are the result of interference effects between rays of light that are reflected from the front and from the back of the thin films that form the bubbles. Since the light waves are reflected after traveling (very slightly!) different distances, when they meet again they are "out of phase", and depending on the width of the bubble film, some colors will be eliminated and we see only the complementary colors.
Thus, red light has a higher wavelength and therefore requires a thicker bubble film to be eliminated. When the red light is canceled, we see a bluish green bubble. As the bubble wall becomes thinner and thinner, we initially lose the yellow and see a blue bubble; with a even thinner wall we lose the green and we see a magenta bubble, and with an even thinner one blue is eliminated and the bubble becomes yellow. Finally the bubble becomes so thin that all the colors are lost and it becomes black. However, since the wall is so thin, the bubble explodes. POP!
CCell now reads a phrase from a famous letter from Newton to Robert Hooke: "What Descartes did was a good step. You have added much several ways, and especially in taking the colours of thin plates into philosophical consideration. If I have seen a little further it is by standing on the shoulders of Giants."

It's simply amazing how Newton recognizes the importance of previous research, which made key contributions to the wealth of themes that Isaac Newton discusses and reports on in his research with the greatest simplicity!

Reference
Optics. Isaac Newton. ISBN: 85-314-0340-5.


BOLHAS E NEWTON. LUZ E SOMBRA
Haidi Fiedler, INCT-Catálise, Depto. de Química, UFSC
Português
CCell pergunta: Porque neste laboratório vocês fazem tantos experimentos combinando luz com a química dos sabões, da água e vários elementos da famosa Tabela Periódica dos Elementos Químicos? Esta pergunta continuou durante o feriadão de Corpus Christi em Florianópolis, quando CCell estava visitando nossa casa, brincando com bolhas de sabão e, maravilhado com a infinidade de cores.
Como todos os quartos estavam ocupados, ele acabou dormindo na Biblioteca. Obviamente, mesmo sob aviso que não deveria ficar lendo até tarde (a visão de CCell, no espectro eletromagnético abrange desde a região UV-Vis até Raios-X), respondeu: sim, sim, sim...., porém, ele passou a noite "em claro". Ao alvorecer, CCell continuava lendo e, perguntei: O que vc. está lendo? Respondeu: "Optics" de Isacc Newton onde ele escreve sobre as cores das bolhas de sabão e relaciona as cores com a espessura dos filmes formados.

Sabemos hoje que a idéia intuitiva de Newton estava correta! A luz branca é composta por muitas cores e se a cor azul é eliminada da luz branca, o que nós vemos é a cor complementar: amarela. Dos princípios de óptica moderna, sabemos que podemos eliminar cores utilizando a interferência destrutiva. Assim, podemos dizer que as cores das bolhas de sabão são o resultado de efeitos de interferência entre os raios de luz que são refletidos na parede frontal e da parte posterior do filme fino que forma a bolha. Como as ondas de luz são refletidas após viajar (muito ligeiramente!) distâncias diferentes, quando se encontram novamente elas estão "fora de fase" e, dependendo da largura do filme da bolha, algumas cores serão eliminadas e nós vemos somente as cores complementares.

Assim, como a luz vermelha possui um maior comprimento de onda, necessita uma bolha de filme mais grosso para ser eliminada. Quando a luz vermelha é cancelada, vemos a bolha de cor verde azulada. Quando a parede da bolha vai ficando mais fina e mais fina: inicialmente perdemos o amarelo e vemos a bolha azul, com uma parede mais fina nós perdemos o verde e vemos uma bolha púrpura e, com um filme mais fino ainda, o azul é eliminado e a bolha torna-se amarela. Finalmente a bolha torna-se tão fina que todas as cores são perdidas e, isto a torna preta. Entretanto, como a parede e tão fina: a bolha explode. PLOFFFFFF!

CCell agora lê a seguinte frase da famosa carta de Newton para Robert Hooke: "O que Descartes fez foi um bom avanço. Você tem contribuído de muitas formas e, especialmente, considerando as cores de filmes finos em termos filosóficos. Se eu vi um pouco mais longe, foi porque estava sobre os ombros de gigantes."

É, simplesmente, impressionante como Newton reconhece a importância de pesquisas anteriores, as quais muito contribuíram para a riqueza de temas que Isaac Newton aborda em suas pesquisas e relata com a maior simplicidade!

Referência
Optics. Isaac Newton. ISBN: 85-314-0340-5.

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