fge 160 - Ótica

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FGE 160 - ÓTICA

Notas de aulas criadas pela Profa. Elisabeth Andreoli de Oliveiracom acréscimos de Antonio Domingues dos Santos

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1. Histórico2. A velocidade da luz3. Aspectos ondulatórios da luz

O que é uma onda, ondas transversais e longitudinais A onda eletromagnética, velocidade, comprimento de onda O espectro eletromagnético Difração e interferência, a aproximação da ótica

geométrica

4. Refração e reflexão Lei de Snell, Dispersão, reflexão interna total, miragens Princípio de Huygens & Lei de Snell

5. Polarização6. Espalhamento

Parte I - A NATUREZA DA LUZ

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1. Histórico

Egito: espelhos de metal polidos Grécia

estudos de Platão, Aristóteles, Demócrito e Pitágoras Euclides, 300 AC, enunciado da Lei da Reflexão,

estudos da refração, uso de vidros queimadores 1000 DC- Alhazen

Tratado sobre espelhos esféricos e parabolicos, descrição do olho humano

Final do século 13, tradução para o latim Século 13- Alquimistas produzem películas finas

que podem ser depositadas sobre o vidro para produzir espelhos

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1. Histórico

Século 17 1608- patente do telescópio solicitada por um

holândes Galileu faz observações astronômicas com seu

próprio instrumento (luneta refratora) Zacharias Jansen inventa o microscópio composto Kepler (1611) – reflexão interna total, lei de refração

para pequenos ângulos 1621- Lei de Snell, 1657 – Fermat – dedução da lei de refração usando o

princípio de tempo mínimo Francisco Grimaldi, e Robert Hook, relatos do

fenômeno de difração da luz

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1. Histórico

1672- Modelo corpuscular “luz é constituída de um

feixe de partículas” Usando as leis da mecânica

– refração e reflexão

Newton (1642- 1727)

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1. Histórico

Descreve a decomposição da luz ao atravessar um prisma (dispersão)

1630 – constrói telescópios refletores para eliminar aberração cromática

Newton (1642- 1727)

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1. Histórico

Modelo ondulatório Deduz corretamente

as leis de refração e refração

Descobre a dupla refração na calcita

Explica outros fenômenos óticos; difração e interferência que não podiam ser explicados pelo modelo corpuscular

Christian Huygens

(1629-1695)

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2. A natureza da luz

Difração e interferência

Thomas Young

(1773-1829)

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2. A Velocidade da Luz

Primeira estimativa – 1676 Olaf Roemer eclipse de Io, lua de Júpiter Período de revolução de Io;

42,5h Período de revolução de Jupíter

12 anos terrestres Revolução de180o da Terra=15o

de Jupíter c 2,1x108 m/s

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2. A Velocidade da Luz

Método de Fizeau Mais preciso, usando uma

roda dentada C=3,1x108 m/s

Teoria do eletromagnetismo Previsão da existência de

ondas eletromagnéticas Propagação no vácuo, com

velocidade igual a velocidade da luz no vácuo

Hertz - 1887 oito anos após a morte de

Maxwell, comprovação da existência de ondas eletromagnéticas usando um circuito oscilante

James Clark Maxwell

1831-1879

00

1

c

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2. A velocidade da luz

Problemas O que é o vácuo? Como a luz pode se propagar no vácuo?

Teoria do éter Fluido que preenche todo o espaço “vazio” no universo Propriedades mecânicas contraditórias

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Experiência de Michelson- Morley A velocidade da luz não

depende do movimento do observador?!

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Mais problemas!!

e-e-

Efeito fotoelétrico

luz

Baseado no Trabalho de Planck(1900)Einstein, 1905- luz é composta por fótons, transportando energia E=h

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Qual é o modelo para a luz? Mecânica quântica- onda e partícula Experimentalmente verificamos ora a natureza

natureza ondulatória, ora a natureza corpuscular, mas nunca as duas simultâneamente.

Princípio da Relatividade A velocidade da luz é constante, independente do

referencial, c=3x108 m/s.

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3 . Aspectos Ondulatórios da luz3 . Aspectos Ondulatórios da luz

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Ondas

3. Aspectos ondulatórios da luz

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Onda longitudinal

Onda sonora

Onda mecânica em uma mola


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Onda transversal

Propagação de uma perturbação, sem transporte de matéria

Na foto: a pequena bolinha presa à mola, oscila apenas verticalmente, enquanto a onda se propaga para a direita.

Não há deslocamento na direção de propagação da onda


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Princípio de Superposição


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Frentes de onda

circulares

retas


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Frentes de onda e raios de luz

esféricas

planas

Os raios de luz, indicados pelas setas, são perpendiculares à superfície da frente de onda e indicam a direção de propagação da onda.


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Onda senoidal

v= f

00

1

c

Amplitude

Comprimento de onda

v

Onda eletromagnética no vácuo

v=c


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Onda eletromagnética


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O espectro eletromagnético

f = 8,35 x 1014 Hz = 3,6 x 10-7 m

f = 3,85 x 1014 Hz

= 7,8 x 10-7 m


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Ondas de rádio

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Ondas de rádio

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Pressão da Radiação Eletromagnética

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Ondas luminosas e raios X

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laser

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Raios X

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Difração

<<d d

>>d

Aproximação da ótica geométrica

Aberturas grandes; d>>

Não se considera a difração !


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Interferência


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Referências

www.lightandmatter.com http://educar.sc.usp.br/otica/ http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/CLASS/BBoard

.html R. A . Serway, Física 3 para Cientistas e Engenheiros, 3ª.

Edição. Editora Livros Técnicos e Científicos, (1996). Capítulo 35

Sears e Zemansky- Física IV- Ótica e Física Moderna, 10ª. Ed., Addison Wesley (2004). Capítulo 34

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