Um químico falando sobre lasers? Laser é química? Não exatamente... mas ele manja dos paranauê por trabalhar no Centro de Lasers e Aplicações do IPEN (Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares) que fica dentro da USP, em São Paulo. Então ele trouxe todo seu conhecimento de lá para cá !
Mas laser é só uma luzinha vermelha pra gente apontar na parede ou sacanear os amigos? Não ! O laser é algo muito importante no nosso dia a dia. Está no leitor de cd, no sistema de segurança do banco, em máquinas de solda, centros cirúrgicos... e até no chaveirinho pra apontar na parede ou sacanear os amigos !
Existem vários tipos de laser :
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| Como por exemplo o laser da Estrela-da-morte, imponente arma de destruir planetas! ... oO |
Os de rubi que são os utilizados na remoção de tatuagens, os de semicondutores são aqueles que estão
nas canetas. Ainda há os de Nd:YAG,
muito utilizados na indústria. Mas todos eles são iguais? Éééé maais ou meenos.
Vamos ver juntos!
Primeiro temos que saber porque a
luz laser é tão diferenciada e importante. Bem, isso acontece porque toda luz
produzida por um LASER caracteriza-se por apresentar 4 características especiais:
- Ser monocromática (comprimento de onda bem definido - azul, verde, vermelho, ...),
- Coerente (todos os fótons em fase),
- Direcional (propagação paralela das ondas) e
- Poder ser focalizada para altas intensidades
Características que dificilmente
conseguiríamos com uma lâmpada normal e por isso tornam os lasers muito importantes
para o homem atualmente, o que justifica as variadas aplicações, como:
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| Potentes armas de destruição em massa ! |
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Modelar/perfurar/soldar peças metálicas
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Cirurgias
oftálmicas
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Brincar com gatos
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Clareamento de dentes
•
Depilação
•
Atrapalhar goleiro na hora do pênalti
•
Leitor de código de barras
•
Remover tatuagens
•
Apagar as lâmpadas da rua
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Impressoras a LASER, e muitas outras.
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| Lasers são úteis no “adestramento” de gatos ! |
As aplicações são
diversas, mas...
Do que é feito basicamente um laser? De onde surgiu?
O primeiro LASER foi desenvolvido
no início da década de 1960 pelo físico norte-americano Theodore Maiman. LASER
na verdade nada mais é do que uma sigla, que vem do inglês Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,
ou em “bom” português, Amplificação da Luz por Emissão Estimulada de Radiação. Pode
parecer um pouco confuso, mas vamos explicar algumas coisas antes:
Todo laser é composto por 3
componentes básicos: bombeamento, meio de ganho e ressonador óptico.
O meio de ganho corresponde ao principal componente de um laser. É
nessa região que ocorre a geração da luz e a definição das principais
características dela, como a cor por exemplo.
Meio
de ganho define o tipo de laser e pode ser:
- Sólido (diodo, rubi, Nd:YAG, Ti-Safira, por ex.)
- Líquido (lasers de corante, por ex.)
- Gasoso (CO2 e excímeros, por ex.)
Para que o meio de ganho funcione é necessário o bombeamento, que tem como função injetar energia no sistema, fazendo com que os elétrons do meio de ganho fiquem mais energéticos. Estes elétrons então perdem/liberam essa energia “extra” na forma de luz, voltando a sua energia inicial (estado fundamental).
Bombeamento pode ser feito:
- Descarga em gases (lâmpadas)
- Corrente elétrica
- Bombeamento óptico (outro LASER).
O ressonador óptico é um conjunto de dois espelhos, no qual um reflete totalmente a luz (100%) e outro que deixa passar apenas uma pequena parte da luz, ou seja, reflete 99% a luz. Assim, a luz gerada no meio de ganho é refletida sucessivas vezes a fim de amplificar a energia e torná-la direcional, é como se a luz ficasse batendo diversas vezes entre um espelho e outro até conseguir sair pelo de menor reflexão, sendo que toda vez que a luz passa pelo meio de ganho ela ganha mais energia (pela emissão estimulada).
A emissão estimulada ocorre no meio de ganho é o coração do laser! É
um conceito introduzido por Einstein no qual ao incidir radiação em um material
em que a maioria dos elétrons estejam no estado excitado (inversão de
população), estes decaem ao estado fundamental emitindo a mesma radiação que
foi incidida inicialmente, ou seja, a radiação inicial é duplicada!! No laser
isso ocorre milhares de vezes, sobretudo porque a radiação produzida bate nos
espelhos voltando para o meio de ganho, amplificando ainda mais a radiação.
Como resultado tem-se uma luz de
alta intensidade, coerente, monocromática e direcional!
O que define a cor do laser é o ΔE, ou seja, a diferença de energia entre o
nível excitado e o nível fundamental. Tal característica depende do material do
meio de ganho.
Por exemplo, um laser azul terá um ΔE maior do que um laser vermelho, uma vez que a cor azul tem
mais energia que o vermelho.
No vídeo a seguir demonstra-se o funcionamento de um laser :
No vídeo a seguir demonstra-se o funcionamento de um laser :
Ou faça você mesmo, neste simulador !
Ainda não entendeu?
Com a palavra, mestre Lee :
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| 這篇文章很不錯，李小龍 |
Obrigado!
Lembre-se também que NUNCA devemos olhar diretamente para um laser, pois ele pode cegar !
Muito menos apontar nos olhos dos jogadores do outro time ou no apresentador do seu telejornal favorito !
Sim mestre! Além de poder cegar, lasers podem causar muitos danos à saúde humana, dependendo do tipo e intensidade:
Já que estamos falando de segurança, os lasers podem ser
classificados conforme sua potência em 4 níveis, do mais brando (nível 1) até o
mais forte (nível 4), da seguinte forma:
Vamos agora explicar um pouco sobre seis aplicações muito interessantes
de laser :
Laser Pointer
- Chaveiro/caneta laser
Quem nunca brincou de tentar
cegar o amigo com um desses? Ou utilizou em alguma apresentação de slides?
Pois é, mas isso é mesmo um laser
ou fomos enganados?
Sim, é um laser, no qual o meio
de ganho é um diodo semicondutor. As
cores podem variar de vermelho, verde ou azul, dependendo do
material do diodo. A intensidade desse tipo de laser é baixa, mas suficiente
para causar danos aos olhos!
Este tipo de laser é muito
utilizado também em miras de armas devido ao seu longo alcance. Ou para
desligar as lâmpadas dos postes (se mirado no sensor que fica acima da
lâmpada). ;)
Para quem quer se destacar e
agregar valor aos seus óculos, fica a dica!
Mais detalhes sobre o
funcionamento deste tipo de laser são apresentados neste vídeo :
Cirurgias
oftálmicas
Com o uso de laser é possível
fazer correções oculares, como nos casos de miopia, astigmatismo e hipermetropia.
O procedimento é rápido e simples, como mostrado abaixo.
De forma geral uma fina camada de
córnea é levantada com posterior aplicação do laser, que retira parte do tecido
desejado, corrigindo a visão. Geralmente utiliza-se um laser de fluoreto de
argônio (meio de ganho).
O procedimento completo é também apresentado
neste vídeo não recomendado para pessoas sensíveis !
A capacidade de fazer cirurgias oftálmicas
é o mesmo que faz do laser muito perigoso para a visão (quando mal utilizado).
Se compararmos uma lâmpada comum com um feixe laser, observamos que a
irradiância (potência/área) é muito maior no laser, ou seja, muito mais energia
chega em um mesmo espaço. O que, se aplicado por um tempo prolongado, pode
causar sérios danos à visão! (obs.: Prolongado, neste caso, pode ser segundos!)
Solda a
ponto LASER e Armas a LASER
Quando empregado laser de alta
energia, coisas incríveis como soldagem ou até mesmo destruir um míssil ou avião
são possíveis!
Veja neste vídeo um exemplo de soldagem a laser : a potência não é nada baixa, são mais de 2000 W!
O funcionamentos destes lasers é
exatamente como o apresentado (3 componentes), sendo que o meio de ganho
geralmente é um cristal de Nd:YAG. Um sistema óptico externo pode ser utilizado
para aumentar a potência.
Leitor de
código de barras
Quem nunca passou raiva com uma
máquina dessas que não lia o código?
Pois é, mas aquela luz vermelha
que sai também é um laser, e deixa nossas vidas mais fáceis.
O funcionamento é simples : um
laser de baixa potência gera luz e esta é espalhada horizontalmente por
espelhos. Ao bater no código de barras as faixas pretas absorvem a luz, ao
passo que as brancas refletem a luz para dentro do aparelho, sensores então
detectam a posição desta luz refletida e interpretam o código (valor do
produto, valor da conta, valor a ser pago, valor debitado, valor ...).
Remoção de tatuagens
Arrependido de tatuar o nome da
ex? Ou aquela tatuagem que ficou
péssima? Pois é, com o uso de laser, esses problemas podem ser resolvidos!
Utilizando laser é possível
degradar os pigmentos de tinta até as camadas mais profundas da pele. São
várias sessões como a apresentada neste vídeo. Para ver mais detalhes de como o laser remove uma tatuagem, veja esta animação. O preço? Ah... o preço pode
variar né : de R$ 400, R$ 600 a sessão, até R$ 3000 ou R$ 5000, dependendo do
caso e tamanho da tatuagem.
Holografia
Projeções de objetos? Com o uso
de laser isso é possível, é a chamada holografia, ou holograma. Para tal divide-se
um feixe de laser em dois, parte bate em um espelho e outra bate no objeto de
estudo, ao sobrepor as imagens forma-se o holograma. Assim :
É necessário um objeto real, e a
projeção é em 2D. Sistemas um pouco mais robustos são necessários para uma
projeção 3D.
Há ainda um outro sistema de holografia, sem a utilização de laser, e sim um projetor. No qual ótimos resultados foram
alcançados, como os shows de Renato Russo, Cazuza e Tupac recentemente !
WHAT???
Sim, os shows em hologramas, projeções em 3D desses artistas. É possível
reconstruir imagens em três dimensões, inclusive pessoas, com movimento e tudo.
Confira o vídeo do Tupac em 2012 (morto desde 1996) e Cazuza em 2013 (falecido em 1990). Leia mais detalhes técnicos sobre o holograma de Tupac aqui.
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| O laser também se faz presente na luta do bem contra o mal ! |
Lasers são muito úteis no nosso dia a dia, e serão cada vez mais. Veja aqui aplicações mais “futuristas”.
Esperamos que tenha gostado deste artigo !
Agradecemos a André Luiz, que fez os desenhos deste artigo. Conheça mais de seu trabalho, e seus personagens no Tirinhas do Freeky !
Ricardo Matos é bacharel em química pela Universidade Federal de São Paulo em 2011, atualmente cursa o mestrado na mesma instituição e gerencia sua própria empresa na área de estudos estatísticos, a Qualimetrics – Qualidade Laboratorial & Estatística. Encontre-o pelas redes sociais :
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Leia também o artigo anterior do Ricardo : 5 tecnologias que estarão presentes no nosso dia a dia !
