Fibra óptica

A fibra óptica permite a transmissão de informação sem que haja muita perda de sinal ou interferências. Ela funciona com base no fenômeno físico da reflexão total da luz.

Fibra óptica, resumidamente são filamentos flexíveis, os quais devem ser fabricados em materiais transparentes. Por exemplo, fibras de vidro ou plástico. Elas são usadas para propagação de impulsos eletromagnéticos. Elas são muito finas, mas podem possuir diversos quilômetros de extensão. A seguir, conheça mais sobre esse material e entenda as suas aplicações.

O que é a fibra óptica

A fibra óptica é um filamento flexível e transparente. Ele pode ser fabricado a partir de vidro ou plástico extrudido. Isso faz com que ele seja um condutor de alto rendimento para a luz, imagens ou para impulsos codificados. Seu diâmetro é da ordem de alguns micrômetros. Ou seja, cerca de mil vezes menor que um milímetro.

O surgimento do termo “fibra óptica” aconteceu em 1951,quando os pesquisadores Heel, Kapany e Hopkins criaram fibras de vidro com revestimento. Essas fibras eram capazes de transmitir informações em um equipamento médico chamado Fiberscope. Contudo, desde 1870 já se sabia que era possível transmitir luz por meio do fenômeno da reflexão total.

Qual é a função da fibra óptica

A fibra óptica serve como um meio de alto rendimento para a transferência de luz. Dessa forma, como a luz é uma onda eletromagnética, é possível transmitir imagens, impulsos codificados ou demais informações. Veja algumas aplicações a seguir.

Aplicações da fibra óptica

  • Cabos submarinos: atualmente a informação viaja entre os continentes devido à milhares de quilômetros de cabos ópticos sob os oceanos;
  • Telefonia: a telefonia usa amplamente as fibras com sinais ópticos. Isso acontece porque eles permitem a transmissão de dados a distância por longas distâncias;
  • Internet: assim como na telefonia, a largura de banda e o alto rendimento, permitem que os custos sejam menores e que a qualidade do sinal seja maior;
  • Medicina diagnóstica: diversos exames utilizam esse princípio físico para funcionar. Por exemplo, a endoscopia;
  • Cirurgias: as cirurgias a laser podem ser amplamente aplicadas devido aos cabos ópticos;
  • Sensores: diversos sensores podem ser usados na indústria e eles podem mostrar a temperatura, deformações, etc.

Além dessas aplicações, existem inúmeras outras. Afinal, boa parte do avanço da sociedade contemporânea se dá ao uso desse tipo de tecnologia. Seja na área da informação e entretenimento ou na medicina.

Como são feitas as fibras ópticas

As fibras ópticas são compostas por três elementos principais. O núcleo, a casca e a capa protetora. Cada um deles possui uma função específica. O núcleo é um filamento de plástico ou vidro que possui um alto índice de refração. Por fora, a casca é composta por camadas de plástico transparente, as quais possuem um índice de refração mais baixo. Por fim, há a capa protetora, que geralmente é opaca e resistente.

Vantagens e desvantagens da fibra óptica

Toda tecnologia possui vantagens e desvantagens. Principalmente quando é algo relativamente recente. Veja a seguir os pontos positivos e negativoas da fibra óptica:

Vantagens

  • Baixa perda de transmissão: devido ao fenômeno da reflexão total, a perda de sinal é muito baixa;
  • Imunidade à interferência: devido à sua construção e funcionamento, outros tipos de sinal não conseguem interferir na transmissão;
  • Isolamento elétrico: os cabos são feitos de materiais isolantes e os sinais são apenas pulsos eletromagnéticos. Isso faz com que eles sejam isolantes;
  • Matéria-prima: como os cabos são feitos de fibras de vidro ou plástico, há uma abundância da matéria-prima utilizada;
  • Oxidação: ao contrário de cabos metálicos, essas fibras não corroem e nem oxidam;
  • Dimensões: eles são pequenos e possuem baixo peso;
  • Facilidade de instalação: comparada com outros materiais, as fibras são de fácil instalação e não requerem muitos recursos para isso.

Desvantagens

  • Alto custo de instalação: esse fato está altamente atrelado à composição dos cabos;
  • Fragilidade: devido às dimensões e aos materiais, os fios podem se romper com facilidade;
  • Necessidade de repetidores: para compensar a necessidade da perda de intensidade, são necessários diversos repetidores de sinal;
  • Baixa disponibilidade: as operadoras precisam instalar novas redes para que as fibras sejam disponibilizadas. Porém, isso gera um custo alto;
  • Aplicação: geralmente os cabos devem ser subterrâneos, devido à sua fragilidade. Isso também influencia no seu custo elevado.

Todos esses pontos fazem com que essa tecnologia ainda não esteja disponível para todas as pessoas. Além disso, o custo imediato é muito maior do que os cabeamentos comuns. Por isso, ainda existem diversos pontos a serem superados para que a tecnologia seja acessível e proveitosa.

Vídeos sobre fibra óptica

A fibra óptica é uma tecnologia que, aos poucos, está cada vez mais presente no cotidiano do ser humano moderno. Contudo, assim como toda tecnologia é importante conhecer o seu funcionamento. Veja abaixo alguns vídeos selecionados sobre o tema:

Experimento sobre fibra óptica

O funcionamento da fibra óptica está atrelado, principalmente, a um fenômeno físico chamado reflexão total da luz. Isso faz com que se tenha a impressão da luz acompanhar o caminho que o seu meio de propagação faz. Para ilustrar esse fenômeno, Iberê Thenório, do canal Manual do Mundo fez um experimento de baixo custo. Confira!

Como funciona a internet de fibra

Já parou para pensar como a internet de fibra chega até a sua casa? Desde o servidor do seu provedor até o modem há um longo caminho a ser percorrido. Esse caminho foi explicado e demonstrado nesse vídeo de Iberê Thenório. Assista e aprenda mais!

Reflexão total da luz

O professor Marcelo Boaro explica como acontece a reflexão total da luz. Esse fenômeno físico é o principal responsável pelo funcionamento e invenção da fibra óptica. Ao longo da aula, o docente retoma conceitos como o índice de refração e também resolve um exercício de aplicação.

A fibra óptica é composta por filamentos muito finos de vidro ou plástico. Isso faz com que a luz ou qualquer outro impulso eletromagnético possa se propagar com alto rendimento. Esse fenômeno acontece devido à reflexão total da luz. Para saber mais sobre isso, estude sobre o índice de refração.

Referências

Física IV: Óptica e física moderna (2016) – Hugh D. Young et al.
Física: Volume 4 (2008) – David Halliday et al.
Curso de Física Básica: Volume 4 (2014) – Herch Moysés Nussenzveig.

Hugo Shigueo Tanaka
Por Hugo Shigueo Tanaka

Divulgador Científico e co-fundador do canal do YouTube Ciência em Si. Historiador da Ciência. Professor de Física e Matemática. Licenciado em Física pela Universidade Estadual de Maringá (UEM). Mestre em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM). Doutorando em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM).

Como referenciar este conteúdo

Tanaka, Hugo Shigueo. Fibra óptica. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/fibra-optica. Acesso em: 27 de November de 2021.

Exercícios resolvidos

1. [UFRR]

As fibras ópticas são fios extremamente finos, flexíveis e transparentes. São constituídas geralmente por náilon ou vidro. Quando um sinal luminoso é lançado nesses fios, a luz percorrerá a estrutura com velocidade próxima à que desenvolve no vácuo e, ao se chocar com a superfície de separação vidro/ar, não sofrerá refração, pois, o ângulo de incidência do raio de luz será sempre superior ao do ângulo limite, devido à espessura mínima do fio. Como consequência, haverá o fenômeno indicado corretamente na alternativa:

a) difusão;

b) interferência;

c) dispersão;

d) refração;

e) reflexão total

Alternativa correta: E

A reflexão total ocorre quando a luz incide com um ângulo superior ao ângulo determinado como limite. A incidência deve ocorrer entre a superfície de separação de um meio com maior índice de refração para outro de menor índice.

2. [Unirg]

A fibra óptica é um filamento extremamente fino e flexível, feito de vidro, plástico ou outro isolante elétrico, muito utilizada nos exames médicos (endoscopias) ou nas telecomunicações, entre outras aplicações possíveis. A luz que incide em uma das extremidades de uma fibra óptica percorre seu interior como representado na figura a seguir.

O princípio físico de funcionamento de uma fibra óptica está representado no esquema a seguir. Nele, o retângulo representa a fibra óptica e os segmentos de reta indicam um feixe de luz, que, a partir do ar no lado esquerdo da fibra, incide sobre sua extremidade, percorre seu interior e sai na extremidade direita.

Nesse esquema, são observados os seguintes fenômenos ópticos:

a) difração e reflexão total.

b) difração e interferência.

c) refração e reflexão total.

d) refração e interferência.

Alternativa correta: C

Ao entrar na fibra óptica, a luz sofre mudança de meio de propagação, o que caracteriza o fenômeno da refração. A propagação da luz na fibra só é possível graças ao fenômeno da reflexão total.

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