introdução a óptica geométrica

Apostila de Física Óptica Geométrica 2º Ano Prof. Adenilza

I – INTRODUÇÃO: Conceitos iniciais

Óptica Geométrica: é a parte da física que

estuda o caráter geométrico da propagação

da luz, associado aos fenômenos da reflexão e

refração.

Luz: é o agente físico que atuando nos órgãos

visuais, produz a sensação da visão. É uma

forma de energia radiante.

Raio de Luz: É um elemento hipotético,

apenas de aspecto geométrico, que simboliza

o trajeto da luz.

Feixe de Luz (Pincel de Luz ) : É o conjunto de

raios de luz.

Propagação da Luz: a luz é uma onda

eletromagnética e, portanto, pode se

propagar inclusive no vácuo. Sua velocidade

de propagação varia de um meio para outro .

No vácuo ela atinge sua maior velocidade (

representada por v ):

Ano-Luz: é uma unidade de comprimento, muito

utilizada para medir as grandes distâncias em

astronomia, e equivale à distância percorrida pela luz

em 1 ano .

Fontes de Luz: É todo corpo que emite luz e, por

conseguinte, pode ser visto.

Classificação:

a) Fontes Primárias ou Corpos Luminosos: emitem luz

própria.

Ex: Sol, estrelas, lâmpada ligada,...

b) Fontes Secundárias ou Corpos Iluminados:

refletem a luz proveniente de outra fonte.

Ex: Lua, esta folha, as pessoas,...

Obs.: Uma fonte quanto a sua dimensão, pode

ser:

1- Pontual ou Puntiforme: um único ponto emitindo infinitos raios de luz ou fonte de tamanho desprezível em relação ao ambiente considerado.

Ex: a luz das estrelas, uma lâmpada vista de grande distância.

2- Extensa: constituída de infinitos pontos ou fonte cuja dimensão não pode ser desprezível em comparação com a distância a que é observada. Ex: uma lâmpada iluminando objetos próximos. Obs.: Uma mesma fonte pode ser puntiforme ou extensa, dependendo das distâncias envolvidas. Meios de Propagação

• Transparente: São meios que permitem a passagem quase total dos raios de luz, de forma regular. Ex: vidro liso, ar , água em pouca quantidade,...

• Translúcido: São meios que permitem a passagem apenas parcial dos raios de luz e, geralmente, de forma irregular. Ex: vidro fosco, papel manteiga, “box” de banheiro,..

• Opaco: São aqueles que não permitem a passagem da luz. Ex: parede, corpo humano, madeira,...

II - Fenômenos Ópticos ( Luminosos ) a) Reflexão: É o fenômeno pelo qual um raio de luz ao incidir na superfície de separação entre dois meios, retorna ao meio de origem.

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b) Refração: É a passagem da luz de um meio para outro com propriedades físicas distintas.

Absorção: É o fenômeno pelo qual a luz é absorvida pela superfície e transformada em energia térmica.

Obs: Esses fenômenos geralmente ocorrem ao mesmo tempo. Algumas superfícies, porém, evidenciam a predominância de uns em relação aos outros. 4- Princípios da Óptica Geométrica PRINCÍPIO DA INDEPENDÊNCIA DOS RAIOS LUMINOSOS: quando raios de luz se cruzam, cada um segue sua trajetória independente dos outros.

PRINCÍPIO DA REVERSIBILIDADE DOS RAIOS LUMINOSOS: a trajetória do raio de luz não depende do sentido de percurso.

Pelo princípio da reversibilidade, o motorista vê o passageiro pelo espelho retrovisor e este também vê o motorista pelo mesmo espelho. PRINCÍPIO DA PROPAGAÇÃO RETILÍNEA DOS RAIOS LUMINOSOS “Nos meios homogêneos e transparentes, a luz se propaga em linha reta.” A sombra projetada por um edifício evidencia a propagação retilínea da luz. SOMBRA E PENUMBRA A sombra corresponde a uma região com ausência total de luz, enquanto a penumbra corresponde a uma região parcialmente iluminada. Considere uma fonte de luz pontual F, um corpo opaco C e um anteparo A. No anteparo notam-se distintamente duas regiões: uma região iluminada pela fonte e uma região não iluminada (sombra projetada).

Considerando F uma fonte de luz extensa AB observaremos, sobre o anteparo A, três regiões: uma região iluminada pela fonte, uma região parcialmente iluminada (penumbra projetada) e uma região não-iluminada (sombra projetada).

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3. ECLIPSE: ocorre devido à propagação retilínea da luz, quando o Sol, a Lua e a Terra estão alinhados.

Considere um observador na Terra: Na penumbra da Lua, o observador vê o eclipse parcial do Sol Na sombra da Lua, o observador vê o eclipse total do Sol Pelo fato das distâncias entre o Sol, a Lua e a Terra variarem, pode acontecer que somente o prolongamento do cone de sombra da Lua intercepte a superfície terrestre; e um observador nessa região da Terra recebe luz apenas das regiões periféricas do Sol e verá a região central do disco solar encoberto pela Lua. Esse é um tipo especial de eclipse chamado de eclipse anular do Sol

O eclipse total da Lua ocorre quando a Lua penetra o cone de sombra da Terra. Nessa situação, a Lua não recebe luz do Sol, e um observador, na Terra, deixa de vê-la. Se a Lua estiver parcialmente dentro do cone de sombra da Terra teremos o eclipse parcial da Lua.

CÂMARA ESCURA DE ORIFÍCIO Um objeto de altura o, colocado a uma distância p do orifício de uma câmara escura, projeta sua imagem invertida, de altura i, na parede oposta a uma distância p’ do orifício.

Pela semelhança entre os triângulos ABO e A’B’O, temos:

Exercício

1. Durante um eclipse solar, um observador: a) no cone de sombra, vê um eclipse parcial. b) na região de penumbra, vê um eclipse total. c) na região plenamente iluminada, vê a Lua eclipsada. d) na região da sombra própria da Terra, vê somente a Lua. e) na região plenamente iluminada, não vê o eclipse solar.

2. Um homem de 2,0 m de altura coloca-se a 0,5 m de uma câmara escura (de orifício) de comprimento 30 cm. O tamanho da imagem formada no interior da câmara é: a) 0,8 m b) 1,0 m c) 1,2 m d) 1,4 m e) 1,6 m

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3. Numa aula prática de física foi feito o experimento esquematizado nas figuras I e II, onde o professor alternou a posição da fonte e do observador.

Com esse experimento, o professor pretendia demonstrar uma aplicação da (o): a) reflexão difusa. b) fenômeno da difração. c) princípio da reflexão. d) princípio da reversibilidade da Luz. e) princípio da independência dos raios luminosos. 4. A formação de sombra evidencia que: a) a luz se propaga em linha reta. b) a velocidade da luz não depende do referencial. c) a luz sofre refração. d) a luz é necessariamente fenômeno da natureza corpuscular. e) a temperatura do obstáculo influi na luz que o atravessa. 5. O fenômeno conhecido como eclipse solar evidencia que a luz: a) é independente quando se propaga. b) é reversível quando se propaga. c) se propaga em linha reta. d) se propaga em linha curva. e) contorna os objetos ao se propagar. 5. Quando a Lua se coloca entre o Sol e a Terra, durante o eclipse do Sol, ela projeta sobre a superfície terrestre uma região de sombra e outra de penumbra. Para um observador situado na região de penumbra: a) o eclipse será total e o disco solar ficará totalmente escuro. b) o eclipse será total e o disco solar ficará cinza. c) o eclipse será parcial. d) o eclipse será parcial, pois o disco solar ficará cinza. e) não haverá eclipse. 6. Determine o tamanho da imagem formada no interior de uma câmara escura de orifício, de 30 cm de comprimento, de um homem de 2,0 m de altura colocado a 50 cm da câmara. a) 1,4 m b) 1,2 m c) 1,8 m d) 1,6 m e) 1,1 m

Respostas: