Como a Física explica por que o céu é azul?

Olá, vestibulando(a)! Sendo fã de Legião Urbana ou não, você provavelmente deve lembrar da pergunta "por que o céu é azul?", presente na música Pais e Filhos, afinal, ela já é cantada por várias gerações. Mas aqui vamos levar essa conversa um pouco além. Se, ao olhar para cima, você se faz o mesmo questionamento, saiba que a resposta tem tudo a ver com Física - e vestibular, claro!

Por que o céu é azul?

Isso acontece porque a atmosfera terrestre é composta por moléculas de gás, como o nitrogênio e o oxigênio. Assim, no momento em que a irradiação solar (onda eletromagnética que se propaga no vácuo) chega até a atmosfera e se choca com essas moléculas, ocorre a dispersão da luz solar.

Dispersão da luz

A dispersão da luz é o mesmo fenômeno que ocorre nos prismas. Ela é composta por vários comprimentos de onda, muitos deles nós nem conseguimos enxergar, como o ultravioleta e o infravermelho. 

Veja que a faixa da cor violeta tem o comprimento de onda mais curto (380 nanômetros, aproximadamente), enquanto a faixa da cor vermelha é mais longa (780 nanômetros, aproximadamente). Como o nitrogênio e o oxigênio são maioria na atmosfera, além de serem moléculas muito pequenas, as ondas de luz, provenientes do sol, incidem nelas e fazem com que se espalhem, sobretudo os comprimentos de ondas menores, como as faixas do azul e do violeta.

Esse fenômeno do espalhamento consiste em uma interação da luz com a matéria, em que a luz é absorvida e reemitida pelos gases da atmosfera.

Mas então por que o céu não é violeta? A imagem anterior mostra que o comprimento de onda da faixa de luz azul está mais presente no espectro visível que a faixa de luz violeta. Assim, respondemos à pergunta por que o céu é azul!

E a cor alaranjada, de onde vem?

Durante o dia, o sol está na vertical em relação à superfície terrestre, quase em cima das nossas cabeças. Por isso, a luz solar percorre um caminho menor dentro da atmosfera. Veja a imagem:

Enquanto ao amanhecer e ao entardecer, a luz do sol chega pela horizontal, em relação à superfície, e percorre um caminho muito maior dentro da atmosfera, até chegar aos nossos olhos. Veja a imagem:

Dessa forma, a luz que vemos não é mais o azul e o violeta, pois os menores comprimentos de onda foram espalhados antes de os enxergarmos. 

Por que o céu é azul: como o tema aparece no vestibular?

Óptica é um dos assuntos mais cobrados nos vestibulares e no Enem, por isso é tão importante estar por dentro dos conhecimentos básicos do tema relacionados ao dia a dia. Conhecer e entender o espectro eletromagnético da luz visível pode ser útil para a resolução de diversos exercícios, assim como compreender os fenômenos relacionados à óptica e seus fundamentos.

Exemplo 1 - Enem 2011

Para que uma substância seja colorida ela deve absorver luz na região do visível. Quando uma amostra absorve luz visível, a cor que percebemos é a soma das cores restantes que são refletidas ou transmitidas pelo objeto. A Figura 1 mostra o espectro de absorção para uma substância e é possível observar que há um comprimento de onda em que a intensidade de absorção é máxima. Um observador pode prever a cor dessa substância pelo uso da roda de cores (Figura 2): o comprimento de onda correspondente à cor do objeto é encontrado no lado oposto ao comprimento de onda da absorção máxima.

Qual a cor da substância que deu origem ao espectro da Figura 1?

a) Azul.   

b) Verde.   

c) Violeta.   

d) Laranja.   

e) Vermelho.   

Resposta: E
O gráfico mostra que a substância apresenta maior absorção para comprimentos de onda em torno de 500 nm, o que corresponde à cor verde. De acordo com o enunciado, “o comprimento de onda correspondente à cor do objeto é encontrado no lado oposto ao comprimento de onda da absorção máxima". Logo, na roda de cores, notamos que o comprimento de onda oposto ao da cor verde é o da cor vermelha.

Exemplo 2 - UFU 2022

A luz que vem do sol e que passa pela atmosfera terrestre apresenta todas as cores visíveis do espectro. Todavia, num dia claro, seco e sem nuvens, é o azul que vemos mais abundantemente no céu. Mas essa cor varia no decorrer dos horários do dia, em função de a incidência dos raios solares ocorrer de forma diferente, conforme representado, de modo aproximado, no esquema abaixo, em que a Terra é vista a partir do Polo Norte (PN).

Com base na situação descrita, responda:

a) Por que os raios solares mudam de direção ao adentrarem na atmosfera terrestre?

b) Por que os tons de vermelho e de laranja são os mais visíveis ao entardecer?

Respostas
a) Ao adentrarem a superfície terrestre, segundo a lei de Snell-Descartes, os raios sofrem refração. Logo, caso os raios incidam obliquamente na atmosfera terrestre, irão ocorrer mudanças na sua direção de propagação.
b) Segundo a Lei de Snell, os maiores desvios estão relacionados ao maiores comprimentos de onda. E é por volta das 18h que os maiores desvios acontecem (de acordo com a figura). Assim, dá origem aos tons de vermelho e de laranja, por possuírem maiores comprimentos de onda.

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