Pré-visualização parcial do texto
Baixe Robortella-Óptica Geometrica e outras Notas de estudo em PDF para Física, somente na Docsity!
Honilton Medeiros 23/09/2007 o ÓPTICA GEOMÉTRIC Teoria e Exercicios José Luís de Campos Robortela Formado em Fisica pela Universidade de São Paulo. Professor de Física em cursos preparatórios para o Vestibular há 16 anos, entre os quais os cursos Politécnico e Angjo. Autor de vários livros e trabalhos no campo da Física. Avelino Alves Filho Engenheiro naval formado e pós-graduado pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Pesquisador e gerente de projetos no IPT — Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo. Professor de Física em cursos preparatórios para o Vestibular há 11 anos, entre os quais os cursos Politécnico e Anglo. Autor de vários livros e trabalhos no campo da Física. EdsonFerreira de Olvera Engenheiro mecânico formado pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Licenciado em Matemática pelo Instituto de Matemática e Estatística da Universidade de São Paulo. Professor universitário e Professor de Física em cursos preparatórios para o Vestibular há 11 anos, entre os quais os cursos Politécnico e Anglo. Autor de vários livros e trabalhos no campo da Física. Ca TE RE: rica C ntrodução à » 2 Õ E: o) Óptica Geométrica Muitos fenômenos observados na Natureza, em que participa o agente físico luz, podem ser analisados com o auxílio da Geometria. Esse estudo é feito na Óptica Geométrica através de um modelo sim- ples: o raio de luz. Tal análise dispensa o conhecimento das teorias que explicam a natureza da luz. Raio de luz Em Óptica Geométrica, representamos o caminho percorrido pela luz por intermédio de raios de luz. Um raio de luz consiste em uma linha associada a um sentido de propagação. O Raio de luz Pincel de luz Um conjunto de raios de luz representa uma região do espaço na qual a luz se propaga. Esta região é chamada pincel de luz. Utilizando uma lanterna podemos observar uma região iluminada do espaço. Esta região é o pincel de luz. tati art Em Óptica Geométrica | representamos os fenô-! menos que observamos | com a luz, por meio de! are um elemento simples: [E eroieninims o raio de luz. | Representação de um pincel | de luz. 10 em Os pincéis de luz são classificados em: e Pincel cônico divergente — É uma região cônica do espaço na qual a luz se propaga, onde os raios de luz divergem de um ponto. Representação gráfica de um pincel cônico divergente. A representação da propagação da luz em Óptica Geométrica é feita sempre com o auxílio dos raios de luz. 12 DT ss Essa e Pincel cilíndrico — É uma região cilíndrica do espaço na qual a luz se propaga, onde os raios de luz são paralelos. Região cilíndrica onde a luz se propaga. Pincel cilíndrico — e E A A aa Fontes de luz São todos os corpos que emitem luz. As fontes de luz podem ser classificadas em: | e Fontes primárias ou corpos luminosos — São corpos que pro-. duzem a luz que emitem; portanto, emitem luz própria. Exemplos: O Sol é a mais importante fonte Uma lâmpada acesa é uma fonte primária de luz para a Terra. primária de luz. A chama de uma vela é uma fonte primária. Denação Os conceitos de fonte primária e fonte secundária expostos anteriormente são conceitos relativos. Dependendo das condições físicas em que se encontra, um corpo pode ser classificado como uma fonte primária ou como uma fonte secundária. Exemplo: Lâmpada acesa (fonte primária de luz). O farol do automóvel, quando aceso, é uma fonte primária de luz. | | Lâmpada apagada (fonte secundária de luz). O farol do automóvel, quando apagado, é uma fonte secundária de luz. ) Complemento As fases da Lua A Lua dá uma volta completa em torno da Terra em 27,2 dias (movimento de translação), no mesmo sentido em que a Terra gira em torno do seu próprio eixo. Neste mesmo intervalo de tempo, a Lua também executa uma volta completa em torno de seu eixo (movimento de rotação). Assim, sendo os períodos de rotação e translação da Lua iguais, ela sempre nos apresenta a mesma face. Todavia, como a Lua é uma fonte secundária de luz, nós vemos desta face apenas a região que está sendo iluminada pelos raios solares, e que envia luz à Terra. " Na ilustração a seguir podemos acompanhar a jornada da Lua ao redor da Terra em um mês. Um observador localizado na Terra verá a região iluminada da Lua de diferentes formas, de acordo com a posição do satélite em relação ao planeta. Como consequência teremos, então, as diversas fases da Lua. Lua cheia Lua nova Luz solar As fases da lua 16 | e armas e nona É Meios transparentes, translúcidos e opacos A luz se comporta de diferentes modos ao atravessar as diversas substâncias encontradas na Natureza. Dependendo do modo como a luz se comporta podemos distinguir três tipos diferentes de meios. e Meio transparente — Permite que a luz se propague por distân- cias consideráveis. Além disso, através dele podemos ver objetos com nitidez. Isto ocorre porque a propagação da luz em um meio : transparente é regular. | Luz proveniente Vidro de fonte primária Fonte secundária A água, o vidro e o ar são exemplos de meios transparentes. Através deles, a luz se propaga de modo regular e os objetos são identificados com nitidez. Outros exemplos de meios transparentes: o vácuo, uma folha de papel celofane e o álcool. 18 RT ES SS e Meio opaco — A luz praticamente não se propaga neste tipo de meio. Exemplos de meios opacos: um pedaço de madeira, uma placa de metal. Madeira: meio opaco Este observador não recebe a luz da chama da vela (fonte primária). A madeira (meio opaco) não permite a propagação da luz. is a e Meio homogêneo — Um meio é homogêneo quando possui as mesmas propriedades em todas as porções de volume que tomamos para estudo. Cavação Os conceitos de transparência, translucidez e opacidade são conceitos relativos. Assim, uma única folha de papel celofane é transparente; já um maço pouco espesso de folhas desse mesmo papel pode ser considerado translúcido, enquanto que um pacote bastante espesso de folhas de papel celofane pode ser considerado opaco. Neste caso, a espessura é importante para caracterizar o meio quanto à propagação da luz. Visão dos objetos Utilizando os raios de luz, façamos uma representação esquemá- tica de diversas situações que encontraremos ao longo de nosso estudo (figura seguinte). Podemos concluir, através dessa figura, que para um objeto ser visto por um observador duas condições simultâneas devem ser satisfeitas: e o objeto deve ser uma fonte de luz (primária ou secundária); e a luz emitida deve chegar ao olho do observador. Este observador vê a fonte, pois ela envia luz aos seus olhos. Este observador não vê a fonte, pois a luz emitida por esta não chega aos seus olhos. Este observador não vê a fonte, pois a luz emitida por ela não chega aos seus olhos. Madeira: meio opaco Luz proveniente da fonte primária (chama) Vidro: meio transparente secundária Este observador vê a fonte secundária, pois ela envia aos seus olhos parte da luz que recebe de uma fonte primária. Este observador vê a fonte, pois esta envia luz aos seus olhos. 
