Quando uma película de plástico usada para proteger alimentos é colocada entre dois polarizadores cruzados, nenhuma luz é transmitida pelo conjunto de polarizadores. Quando a película é esticada em uma direção, uma certa quantidade de luz é transmitida pelo conjunto. Explique esse efeito.
Passo 1
O enunciado diz que temos dois polarizadores cruzados (o segundo com eixo de transmissão a
em relação ao primeiro) e uma película de plástico entre eles. Inicialmente a película é isotrópica e não altera a polarização, logo nenhuma luz sai do segundo polarizador. Ao esticarmos a película em uma direção, surge transmissão de luz. O conteúdo envolvido é birrefringência induzida por tensão e ação de placas de onda em luz polarizada.
Passo 2
Lembrete sobre polarizadores cruzados: o primeiro polarizador transforma luz não polarizada em luz polarizada linearmente num certo eixo. O segundo polarizador (analisador) tem eixo perpendicular ao primeiro, de modo que a componente da luz polarizada no primeiro não passa pelo segundo, resultando em intensidade transmitida
.
Quando o plástico é esticado, as cadeias poliméricas ficam alinhadas na direção do estiramento, tornando o material anisotrópico. Isso gera dois índices de refração distintos: um índice
ao longo das cadeias e outro
perpendicular a elas. O material passa a ser birrefringente com diferença de índice
.
Passo 3
A luz polarizada pelo primeiro polarizador pode ser decomposta em duas componentes lineares ortogonais ao longo dos eixos “rápido” e “lento” do filme birrefringente. Essas componentes sofrem velocidades diferentes e adquirem diferença de fase
onde
é a espessura do filme e
o comprimento de onda da luz. Essa fase relativa transforma a polarização da luz emergente — em geral numa polarização elíptica ou numa polarização linear girada.
Passo 4
Como a luz saiu do segundo polarizador originalmente bloqueada, mas agora teve sua polarização alterada, ela passa a ter uma componente ao longo do eixo do analisador. A intensidade transmitida para um ângulo
entre o eixo rápido do filme e o polarizador de entrada é
mostrando que, se
, haverá luz saindo do conjunto de polarizadores cruzados.
Passo 5
Portanto, ao esticar a película, criamos birrefringência induzida por tensão, fazendo o filme agir como uma placa de onda que retarda a fase entre componentes ortogonais da luz. Essa alteração de polarização faz com que uma fração da luz original consiga passar pelo polarizador analisador, produzindo a intensidade observada.
Resposta
O estiramento do plástico alinha suas moléculas e induz birrefringência, transformando-o em uma placa de onda que gera diferença de fase entre componentes da luz polarizada. Essa diferença de fase altera a direção da polarização de parte do feixe, permitindo que ele passe pelo segundo polarizador, mesmo estando originalmente cruzado com o primeiro.