O cavalo de Napoleão e outras questões coloridas Por: Helder de Figueiredo E Paula

Se alguém te perguntasse qual é a cor do cavalo branco de Napoleão, você hesitaria para responder? Se você disse que não hesitaria e se acha que a resposta certa é, necessariamente, “branco”, aguarde para realizar os experimentos propostos a seguir. Nesta atividade, você terá a oportunidade de aprender coisas interessantes sobre a relação entre a cor exibida por um objeto e as características da luz ou da radiação que incide sobre ele.

Materiais Necessários

  • ambiente escuro
  • camiseta branca lavada com sabão em pó
  • caneta marca-texto amarela
  • pedaço de papel amarelo com tom similar ao da can
  • lâmpada de “luz negra” com potência igual ou,
  • lâmpadas fluorescentes nas cores vermelha, verde

Fase 1 - Efeito de luzes coloridas sobre uma camiseta “branca”

Em um ambiente escuro, utilize uma lâmpada fluorescente vermelha para iluminar uma camiseta que parece branca, sob a luz ou a radiação oriunda do Sol. Observe a cor exibida pela camiseta nessa situação.

Repita o procedimento para projetar, sobre a camiseta, luz ou radiação proveniente de uma lâmpada fluorescente verde. Identifique a cor exibida pela camiseta nessa nova circunstância. Se você dispuser de uma lâmpada fluorescente azul, repita o procedimento, por uma última vez, e observe, novamente, a cor exibida pela camiseta. Baseando-se naquilo que você observou, retorne à questão sobre a cor do cavalo branco de Napoleão, apresentada na introdução desta atividade. Essa questão tem, realmente, uma única e óbvia resposta?

Em um ambiente escuro, utilize uma lâmpada fluorescente vermelha para iluminar uma camiseta que parece branca, sob a luz ou a radiação oriunda do Sol. Observe a cor exibida pela camiseta nessa situação. Repita o procedimento para projetar, sobre a camiseta, luz ou radiação proveniente de uma lâmpada fluorescente verde. Identifique a cor exibida pela camiseta nessa nova circunstância. Se você dispuser de uma lâmpada fluorescente azul, repita o procedimento, por uma última vez, e observe, novamente, a cor exibida pela camiseta. Baseando-se naquilo que você observou, retorne à questão sobre a cor do cavalo branco de Napoleão, apresentada na introdução desta atividade. Essa questão tem, realmente, uma única e óbvia resposta?

Fase 2 - Efeito da lâmpada de “luz negra” sobre uma camiseta “branca” lavada com sabão em pó

Ligue uma lâmpada de “luz negra” em um ambiente claro e preste atenção na cor exibida por esse tipo de lâmpada. Note que se trata de uma cor violeta de baixa intensidade.

Deixe, agora, o ambiente escuro e projete sobre a camiseta “branca” usada no Passo 1 a radiação proveniente da lâmpada de “luz negra”. Alguma surpresa com o resultado?

Baseando-nos nas observações que fizemos no Passo 1 desta atividade, seria razoável esperar que a camiseta “branca”, apresentasse um tom violeta quando iluminada pela lâmpada de “luz negra”. Contudo, o que observamos, nessa situação, é que a camiseta apresenta uma cor branca e intensa. Como isso é possível? Será que a lâmpada de “luz negra” emite outro tipo de radiação, além da luz violeta que somos capazes de observar? Respostas a essas questões serão encontradas a partir do Passo 3 proposto a seguir.

Fase 3 - Risco de caneta marca-texto iluminado com luz branca e luz fluorescente

Em um ambiente claro, pegue uma caneta marca-texto amarela e faça um desenho simples sobre um pedaço de papel amarelo que exiba um tom de amarelo mais ou menos próximo do exibido pela caneta marca-texto. Iluminando o desenho inscrito no papel com luz ambiente normal é difícil distinguir o desenho e o papel vistos de longe. Por quê? Experimente agora deixar o ambiente escuro e iluminar o papel com o desenho com a radiação proveniente da lâmpada de “luz negra”. E, então, há alguma diferença em relação à situação anterior?

Tente explicar o que você observou imaginando que a lâmpada de “luz negra” emita outro tipo de radiação, além da luz violeta que somos capazes de observar. Imagine que essa outra radiação não é visível aos olhos humanos, mas pode ser absorvida pela tinta da caneta marca-texto e reemitida como luz visível amarela. Pense bastante sobre essa hipótese antes de ler a explicação que daremos ao fenômeno observado na seção “O que acontece” apresentada a seguir.

 

Fase 4 - O que acontece

Neste experimento, vimos que a cor de uma camiseta “branca”, lavada com sabão em pó, pode variar, mesmo que nenhuma alteração seja realizada na pigmentação dessa camiseta. No Passo 1, vimos que a camiseta “branca” nos parecerá vermelha ao ser iluminada com luz vermelha ou verde se sobre ela incidir luz ou radiação de cor verde. Esses resultados criaram a expectativa de que, no Passo 2, a camiseta apresentasse uma cor violeta. O branco intenso observado, bem como as observações realizadas no Passo 3, sobre as diferenças na aparência do papel amarelo riscado com caneta marca-texto, quando iluminado por luz branca natural ou por uma lâmpada de “luz negra”, podem ser compreendidas a partir de um modelo que descreve a interação da radiação com a matéria. De acordo com as ciências, a luz é um fenômeno de propagação (isto é, de radiação) de energia. O que é mais curioso e estranho em relação à luz é o fato de que, ora ela se comporta como se fosse constituída por “corpúsculos”, “partículas” ou “pacotinhos” de energia, ora ela exibe características ondulatórias. Do ponto de vista corpuscular, cada uma das diferentes cores visíveis aos olhos humanos é constituída por “corpúsculos”, “partículas” ou “pacotinhos” que contêm uma quantidade específica de energia (as “partículas”, os “corpúsculos” ou os “pacotinhos” de energia são chamados de fótons). Luz vermelha é aquela cujos fótons contêm a menor quantidade de energia, dentre as cores contidas no espectro do arco-íris. Dentro do mesmo espectro, a luz violeta é aquela cujos fótons contêm a maior quantidade de energia. Do ponto de vista ondulatório, cada uma das diferentes cores visíveis aos olhos humanos se propaga na forma de uma onda que tem um comprimento de onda ou uma frequência bem específicos. Luz vermelha é aquela cujo comprimento de onda (0,7 milionésimos de metro) é o maior de todos, dentre as ondas associadas às cores contidas no espectro do arco-íris. Dentro do mesmo espectro, a luz violeta é aquela cujo comprimento de onda (0,4 milionésimos de metro) é o menor de todos. Se compararmos as frequências das ondas contidas no espectro do arco-íris, teremos o vermelho, em um extremo, com a menor frequência (400 trilhões de vibrações por segundo), enquanto o violeta fica no outro extremo com a maior frequência (400 trilhões de vibrações por segundo). Apesar de parecer uma ideia desafiadora, essa “dupla identidade” da luz, como onda ou como partícula, segue uma regra básica: (i) quando se propaga, de um ponto a outro do espaço, a luz sempre se comporta como onda; (ii) quando é absorvida ou emitida pelos átomos que compõem os materiais, a luz sempre se comporta como partícula. Seguindo essa regra básica, explicaremos o que acontece nos experimentos propostos nesta atividade, ao admitir que a luz se comporte como um conjunto de partículas. Nós acreditamos que a luz branca emitida pelo Sol ou por uma lâmpada de “luz branca” é constituída por todas as cores do arco-íris. Uma superfície azul, quando iluminada por “luz branca”, absorve os fótons (partículas ou corpúsculos de luz) associados às todas as outras cores e reflete (ou reemite) apenas fótons associados à cor azul. A energia dos fótons associados às outras cores será, inicialmente, absorvida pelos átomos que compõem o objeto colorido e, posteriormente, reemitida ao ambiente na forma de fótons de infravermelho. Uma superfície branca, quando iluminada por “luz branca”, irá refletir ou reemitir a maioria dos fótons (partículas ou corpúsculos de luz) que incidem sobre ela. Além disso, esse tipo de superfície reflete, igualmente, todas as cores. Por isso, no Passo 1, na situação em que a camiseta recebeu luz ou radiação constituída por fótons “vermelhos”, ela refletiu ou reemitiu fótons igualmente “vermelhos”. De modo similar, ao receber fótons “verdes”, a camiseta refletiu ou reemitiu fótons igualmente “verdes”. Contudo, ao receber “fótons violetas”, a camiseta refletiu ou reemitiu fótons de todas as cores, tornando-se intensamente branca. Esse resultado curioso só pode ser explicado com o apelo a um fenômeno conhecido como fluorescência. A fluorescência consiste na absorção de radiação ultravioleta, invisível aos olhos humanos, e na remissão de luz ou radiação visível, que recebe esse nome, justamente, por ser capaz de sensibilizar nossos órgãos responsáveis pela visão. A lâmpada de “luz negra” é um dispositivo criado para emitir, principalmente, radiação ultravioleta de baixa frequência (isto é, com fótons de baixa energia). Radiação ultravioleta de alta ou média frequência (com fótons de média ou alta frequência) pode ser prejudicial ao nosso organismo. A tinta de caneta marca-texto usada no Passo 3 é um dos diversos materiais que exibem o fenômeno da fluorescência. Basicamente, pigmentos que compõem essa tinta absorvem a radiação ultravioleta que contém fótons com energia superior àqueles associados à radiação visível. Esses pigmentos, ao invés de refletirem ou reemitirem fótons iguais, também associados ao ultravioleta, emitem fótons de menor energia, dentro da faixa do visível. Assim, cada fóton de ultravioleta proveniente da lâmpada de “luz negra” pode dar origem a diferentes pares de fótons, a depender de transições realizadas por elétrons que compõem o pigmento ultravioleta: (i) um fóton azul + um fóton de infravermelho; (ii) um fóton verde + um fóton de infravermelho; (iii) um fóton vermelho + um fóton de infravermelho; etc. A camiseta branca iluminada pela lâmpada de “luz negra” também reflete ou reemite os fótons violetas oriundos da lâmpada. Contudo, a quantidade de fótons de ultravioleta produzidos pela lâmpada é muito grande e o sabão em pó usado na lavagem da camiseta branca possui muitos pigmentos fluorescentes. A presença desses pigmentos recebe a seguinte explicação: existe muita radiação ultravioleta em um ambiente com iluminação natural, dado que o Sol é uma fonte importante desse tipo de radiação. Como o ultravioleta não é visível aos olhos humanos, os fabricantes de sabão em pó inserem pigmentos fluorescentes em seus produtos com a intenção de que esses pigmentos absorvam a radiação ultravioleta disponível no ambiente e reemitam luz visível para os nossos olhos. Esse efeito é o responsável por “tornar o branco mais branco”.  

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