quinta-feira, 30 de julho de 2015

Sobre a origem da cor dos objectos


Neste Ano Internacional da Luz, pedimos a Francisco Gil, físico da Universidade de Coimbra, que escrevesse sobre a cor dos objectos. A simpática resposta é este texto:

Podemos resumir a questão da cor dos objectos a três aspectos: a luz incidente sobre o objecto, o modo como a luz interfere com o objecto (que depende da sua constituição), e o observador (olhos para os animais, ou detectores considerando os aparelhos de captação de imagem).

Fixando a questão do observador num padrão de percepção, podemos falar do que se costuma chamar “luz visível”, que corresponde a uma gama restrita de frequências (ou de comprimentos de onda, dependendo da grandeza com que se trabalhar) no espectro das ondas electromagnéticas.

No que se refere ao objecto, podem ocorrer vários fenómenos concorrentes de interacção entre a luz incidente e o material que compõe o objecto. O objecto pode ser opaco a uma certa gama de frequências e ser transparente a outras. O objecto pode ser translúcido, mais ou menos reflector ou difusor.

A transparência refere-se à possibilidade da luz atravessar o objecto, sofrendo apenas fenómenos de refracção (ao passar do ar para o interior e do interior novamente para o ar) e reflexão nas superfícies de separação entre o ar e o objecto.

A translucidez implica a existência de outros fenómenos superficiais ou de corpo com difusão da luz (ou reflexão difusa, que tem a propriedade de reflectir de forma diferente de ponto para ponto do objecto, seja na superfície, seja no interior do corpo).

A reflexão total (típica de objectos metálicos, por exemplo) tem a ver com o retorno da luz para o meio de onde ela incide de forma regular.

Tendo em conta a constituição a nível atómico e/ou molecular dos objectos, a luz também pode ser absorvida em certas gamas de frequências e não noutras. O efeito da absorção é a ausência de passagem dessa luz através do objecto ou a ausência de reflexão. Nalguns casos, a luz que é absorvida permite alterar o estado energético das partículas (para a luz visível as interacções dão-se essencialmente à escala electrónica), processo após o qual que o sistema regressa ao seu estado de menor energia, dissipando a energia que tinha por várias vias, como relaxação de estrutura ou emissão de luz, tipicamente com frequências menores do que da luz incidente. A este fenómeno de emissão chama-se “fluorescência” (também pode ser fosforescência, levemente diferente da fluorescência, em particular no tempo de emissão).

Um último fenómeno concorrente é a difracção, mais raro de observar com luz natural (do sol, por exemplo). Este fenómeno baseia-se no facto de que, em certos casos, feixes de luz que tomam um caminho podem interferir com outros feixes de luz que percorrem outro caminho, dando como resultado a interferência construtiva (um fenómeno que está relacionado com o carácter ondulatório da luz), ou seja, obtém-se luz com maior intensidade, ou a interferência destrutiva, obtendo-se ausência de luz ou diminuição de intensidade. Em certas circunstâncias, a geometria do sistema permite que as interferências construtiva e destrutiva possam ocorrer em posições fixas e diferentes. Além disso, este fenómeno depende da frequência da luz, pelo que a localização dos pontos de interferência construtiva é diferente para frequências diferentes. Assim, mesmo com luz de espectro largo (como é o caso do sol ou de lâmpadas de filamento, por exemplo), os objectos “adquirem” cores.

Em resumo, e lembrando que todos estes fenómenos dependem da frequência da luz incidente:

- A reflexão nas superfícies dos objectos, se for especular pode conferir cor ao objecto por redirigir a luz incidente de outros objectos para os nossos olhos, vendo nós a “cor” dos outros objectos (exemplo da “cor” que a água adquire dos objectos que estão fora dela e dos quais a luz que chega à sua superfície é reflectida para o observador).

- A refracção pode fazer com que os objectos adquiram cor, uma vez que, mesmo que a luz incidente cubra todo o espectro da “luz visível”, o possível desvio da luz depende da frequência - caso da luz que atravessa um pedaço de vidro através do qual a luz do sol se vai dispersar, ou seja, vai observar-se o “arco-íris”.

- A absorção da luz depende da frequência da luz incidente, assim como da constituição do material de que é composto esse objecto. Por isso, alguns materiais não absorvem nada no “visível” (a sua cor só virá eventualmente de fenómenos de reflexão e de refracção), enquanto outros poderão absorver na zona do azul, por exemplo, deixando que apenas luz nas outras zonas do espectro visível atravessem o objecto ou sejam reflectidas ou difundidas nas suas superfícies ou interior.

- A fluorescência pode ser observada mais claramente em objectos que, iluminados com luz ultravioleta próximo, adquirem uma cor azul (não quer isto dizer que não aconteça noutras zonas do espectro visível).

Assim, tanto para objectos transparentes como para objectos opacos à luz visível, os fenómenos mais comuns de observar são a absorção, reflexão e refracção. O primeiro destes fenómenos é marcante, pois vai “retirar” à luz incidente a “luz” que é absorvida pelo objecto. A título de exemplo, um objecto que absorva na zona espectral do azul, tem cor amarela, laranja ou vermelha, consoante a extensão espectral dessa absorção. Do mesmo modo que um corpo absorva na zona espectral do vermelho, ficará mais verde ou azul.

Francisco Gil

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