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ÓPTICA
Conceito
A óptica é um ramo da Física que estuda os fenomenos relacionados a luz ou, mais amplamente, a radiação eletromagnética, visível ou não. A óptica explica os fenômenos de reflexão, refração e difração, a interação entre a luz e o meio, entre outras coisas. Mas, o que é a luz? A luz, ou luz visível como é fisicamente caracterizada, é uma forma de energia radiante. É o agente físico que, atuando nos órgãos visuais (nossos olhos), produz a sensação da visão. Energia radiante é aquela que se propaga na forma de ondas eletromagnéticas, dentre as quais se pode destacar as ondas de rádio, TV, microondas, raios X, raios gama, radar, raios infravermelho, radiação ultravioleta e luz visível. Uma das características das ondas eletromagnéticas é a sua velocidade de propagação, que no vácuo tem o valor de aproximadamente 300 mil quilômetros por segundo, ou seja:
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A luz que percebemos tem como característica sua freqüência que vai da faixa de
(vermelho) até (violeta). Esta faixa é a de maior emissão do Sol, por isso os órgãos visuais de todos os seres vivos estão adaptados a ela, e não podem ver além desta, como por exemplo, a radiação ultravioleta e infravermelha.
Divisões da Óptica
Óptica Física: estuda os fenômenos ópticos que exigem uma teoria sobre a natureza das
ondas eletromagnéticas.
Óptica Geométrica : estuda os fenômenos ópticos em que apresentam interesse as
trajetórias seguidas pela luz. Fundamenta-se na noção de raio de luz e nas leis que regulamentam seu comportamento. O estudo em nível de Ensino Médio restringe-se apenas a esta parte da óptica.
Conceitos básicos
1-Raios de luz
São a representação geométrica da trajetória da luz, indicando a direção e o sentido da sua propagação. Por exemplo, em uma fonte puntiforme são emitidos infinitos raios de luz, embo- ra apenas alguns deles cheguem a um observador. Representa-se um raio de luz por um segmento de reta orientado no sentido da propagação.
Raio de luz
2-Feixe de luz
É o conjunto de infinitos raios de luz; um feixe luminoso pode ser:
2.1. Cônico convergente: os raios de luz convergem para um ponto; A área iluminada é menor que o tamanho da fonte porém ocorre, concentração de energia Ex: Luz ao atravessar uma lente de aumento
2.2. Cônico divergente: os raios de luz divergem a partir de um ponto; A área iluminada é maior que o tamanho da fonte Ex: luz produzida por um farol
2.3. Cilíndrico paralelo: os raios de luz são paralelos entre si. A área iluminada tem a mesma dimensão da fonte Ex: Luz produzida por um canhão de luz
Quanto às suas dimensões, uma fonte pode ser classificada como:
Pontual ou puntiforme: fontes cujas dimensões são desprezíveis em comparação com a distância a que são observadas, como por exemplo, as estrelas. Observa-se um único ponto emitindo luz
Extensa: fontes de luz cujas dimensões não podem ser desprezíveis em comparação com a distância a que são observadas. São observados diversos pontos emitindo luz
4. Meios de propagação da luz
Ao serem percorridos pela luz, os meios se comportam de maneiras diferentes, e quanto a essa propagação podem ser classificados em transparentes, translúcidos ou opacos.
4.1. Meio transparente
É um meio óptico que permite a propagação regular da luz, ou seja, se deixam atravessar pelos raios de luz sem afetar a ordenação de seus feixes. O observador vê um objeto com nitidez através do meio. Exemplos: ar, vidro comum, papel celofane, etc.
4.2. Meio translúcido
É um meio óptico que permite apenas uma propagação irregular da luz, ou seja, esta passagem não se dá sem interações nas quais o meio afeta a orientação dos raios, fazendo com que objetos vistos através de meios translúcidos pareçam deformados. Sendo assim, o observador vê o objeto através do meio, mas sem nitidez. Ex: um nevoeiro, vidro canelado, etc.
4.3. Meio opaco
É um meio óptico que não permite que a luz se propague, ou seja, meios opacos são impermeáveis à luz bloqueando a sua passagem. Não é possível ver um objeto através deste meio. Ex: um pedaço de madeira, uma parede, etc.
5.Fenômenos ópticos
Ao incidir sobre uma superfície que separa dois meios de propagação, a luz sofre um, ou mais de um, dos fenômenos a seguir:
5.1. Reflexão regular
A luz que incide na superfície e retorna ao mesmo meio, regularmente, ou seja, os raios incidentes e refletidos são paralelos. Ocorrem em superfícies metálicas bem polidas, como espelhos.
6. Princípios da óptica geométrica
6.1. Princípio da propagação retilínea da luz
Todo o raio de luz percorre trajetórias retilíneas em meios transparentes e homogêneos.
a) Sombra e penumbra
A formação de sombra e de penumbra evidencia a propagação retilínea da luz A sombra é definida como uma região que não é atingida pelos raios de luz provenientes da fonte devido a existência de um obstáculo opaco, ou seja, meio que não permite a passagem de luz.
A penumbra é diferente da sombra, pois trata-se de um ponto de transição entre a luz e a sombra. Imagine um corpo sendo iluminado por uma fonte de luz extensa, ou seja, não puntiforme. Desse acontecimento teremos regiões que não serão atingidas pelos raios luminosos, são as sombras, e regiões que serão atingidas por apenas alguns raios de luz, essa é a região de penumbra.
b)Eclipses
A palavra eclipse significa "ocultação", total ou parcial, de um astro pela interposição de um outro, entre o astro e o observador, ou entre um astro luminoso e outro iluminado.
b.1)Eclipse solar
Neste caso, a Lua move-se para uma posição localizada entre o planeta Terra e o Sol. Logo, a sombra da Lua incide sobre o nosso planeta. Esta sombra possui 170 quilômetros aproximadamente, possibilitando a visualização do fenômeno apenas nos países localizados dentro desta faixa. Nesta faixa, podemos classificar como sendo um eclipse solar total, pois o Sol fica totalmente encoberto pela Lua. Fora desta faixa, as pessoas podem visualizar apenas uma parte do Sol, ocorrendo o chamado eclipse solar parcial.
b.2) Eclipse lunar
Neste caso, a Lua passa através da sombra provocada por nosso planeta. Logo, a sombra do planeta Terra vai avançando pela face iluminada do Lua. Este tipo de eclipse ocorre na fase de Lua cheia.
Sol Terra^ lua
6.2. Princípio da independência dos raios de luz
Quando dois (ou mais) raios luminosos se cruzam, cada um se movimenta independente do outro.
6.3. Princípio da reversibilidade da luz
O caminho percorrido pela luz em um sentido é o mesmo quando percorrido em sentido oposto
LEITURA COMPLEMENTAR
Luz Mono e Policromática
De acordo com sua cor a luz pode ser classificada como Monocromática ou Policromática. Chama-se luz monocromática aquela composta de apenas uma cor, como por exemplo, a luz amarela emitida por lâmpadas de sódio. Chama-se luz policromática aquela composta por uma combinação de duas ou mais cores monocromáticas, como por exemplo, a luz branca emitida pelo sol ou por lâmpadas comuns. Usando-se um prisma é possível decompor a luz policromática nas luzes monocromáticas que a formam, o que não é possível para as cores monocromáticas, como o vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta. Um exemplo da composição das cores monocromáticas que formam a luz branca é o disco de Newton, que é uma experiência composta de um disco com as sete cores do espectro visível, que ao girar em alta velocidade, "recompõe" as cores monocromáticas, formando a cor policromática branca.
Cor de um corpo
Ao nosso redor é possível distinguir várias cores, mesmo quando estamos sob a luz do Sol, que é branca. Esse fenômeno acontece pois quando é incidida luz branca sobre um corpo de cor verde, por exemplo, este absorve todas as outras cores do espectro visível, refletido de forma difusa apenas o verde, o que torna possível distinguir sua cor. Por isso, um corpo de cor branca é aquele que reflete todas as cores, sem absorver nenhuma, enquanto um corpo de cor preta absorve todas as cores sobre ele incididas, sem refletir nenhuma, o que causa aquecimento.
Velocidade da luz Há muito tempo sabe-se que a luz faz parte de um grupo de ondas, chamado de ondas eletromagnéticas, sendo uma das características que reúne este grupo a sua velocidade de propagação. A velocidade da luz no vácuo, mas que na verdade se aplica a diversos outros fenômenos eletromagnéticos como raios-x, raios gama, ondas de rádio e tv, é caracterizada pela letra c , e tem um valor aproximado de 300 mil quilômetros por segundo, ou seja:
No entanto, nos meios materiais, a luz se comporta de forma diferente, já que interage com a matéria existente no meio. Em qualquer um destes meios a velocidade da luz v é menor que c. Em meios diferentes do vácuo também diminui a velocidade conforme aumenta a frequência. Assim a velocidade da luz vermelha é maior que a velocidade da luz violeta, por exemplo.
