FÍSICA - 2º E.G.FÍSICA - 2º E.G.

III UNIDADEIII UNIDADE

Conceitos Básicos de Conceitos Básicos de Óptica GeométricaÓptica Geométrica

Introdução a Óptica Geométrica

Para enxergar as coisas a seu redor ( luz do Sol, de tocha, de vela, de lâmpada ), o ser humano sempre necessitou de luz. Sem ela seria impossível viver. Afinal como seria o mundo sem luz ?

Podemos dizer que a luz é uma forma de energia radiante que se propaga por meio de ondas eletromagnéticas. É o agente físico responsável pela produção da sensação visual.

Introdução a Óptica Geométrica

Filósofos gregos, como Platão e Aristóteles, já se preocupavam em responder a perguntas tais como: Porque vemos um objeto? O que é a luz? etc. Platão, por exemplo, supunha que nossos olhos emitiam pequenas partículas que, ao atingirem os objetos,

tornavam-nos visíveis.

Introdução a Óptica Geométrica

O estudo da luz é realizado pela Óptica, que é dividida, em:

ÓPTICA GEOMÉTRICA - Estuda e analisa o comportamento e a trajetória da propagação luminosa.

ÓPTICA FÍSICA - Estuda a natureza da luz.

FONTES DE LUZ

Todos os corpos que emitem luz são chamados fontes de luz. Podemos distinguir dois tipos:

Fontes primárias ou corpos luminosos são as fontes que possui luz própria. Exemplos: O Sol, as estrelas, uma lâmpada acesa, etc.

Fontes secundárias ou corpos iluminados são as fontes que não têm luz própria. Exemplos: a Lua, o livro, sua roupa, uma caneta, uma parede, etc.

VELOCIDADE DA LUZ

Para qualquer que seja o tipo de luz, verifica-se que sua velocidade de propagação no vácuo é constante e, aproximadamente, igual a 300.000 km/s. Mas nos meios materiais a velocidade da luz assume valores diferentes, sempre menores que 300.000 km/s.

RAIOS E FEIXES DE LUZ

Raio de luz: São linhas orientadas, que representam e indicam a direção e o sentido de propagação da onda luminosa, com origem na fonte luminosa.

Feixe de luz: é apenas um conjunto de raios luminosos. 

Temos três tipos básicos de feixes luminosos: 

Feixe paralelo: os raios de luz mantêm uma distância constante um dos outros, ou seja, são paralelos. Exemplo: um canhão de luz. 

Feixe convergente: os raios de luz se aproximam um dos outros ao longo da trajetória. Exemplo: um feixe de luz que atravessa uma lente convergente (lente que aproxima os raios de luz), como exemplo, uma lupa. 

Feixe divergente: os raios de luz se afastam um dos outros ao longo da trajetória. Exemplo: um feixe de luz que atravessa uma lente divergente (lente que afasta os raios de luz).

OS PRINCÍPIOS DE PROPAGAÇÃO DA LUZ

Princípio da independência dos raios luminosos:  A trajetória de um raio de luz independe da trajetória de outros raios, ou seja, a trajetória de um raio de luz não é afetada quando há cruzamento com outro raio. 

Principio da propagação retilínea da luz:  A luz se propaga em linha reta nos meios transparentes.

SOMBRA

A sombra é uma região em que há ausência de raios luminosos, pois foi impedida de ser iluminada pelos raios que foram bloqueados por um objeto, uma conseqüência do principio de propagação retilínea da luz. Todos os dias projetamos sombras no chão quando saímos

caminhando de casa, por exemplo. 

SOMBRA

Os eclipses são fenômenos muito conhecido e existe devido às sombras produzidas por um astro sobre outro, e existem dois tipos: 

• Eclipse Solar• Eclipse Lunar

Veja a demonstração de ambos Eclipses na página seguinte. 

SOMBRA

Eclipse solar: Neste caso luz do sol, encoberta pela lua, não consegue chegar a Terra, assim, parte da Terra está na região de sombra da lua, sendo que nessa haverá um escurecimento do céu. 

SOMBRA

Eclipse lunar: A sombra da Terra “cobre” toda a lua, e não permitindo a passagem dos raios de luz provenientes do sol.

Reflexão da luzReflexão da luz

Reflexão da luz

Reflexão é um fenômeno físico no qual ocorre a mudança da direção de propagação da luz. Ou seja, consiste no retorno dos feixes de luz incidentes em direção à região de onde ela veio, após os mesmos entrarem em contato com uma determinada superfície refletora. 

Reflexão da luz

Quando a luz incide sobre uma superfície e retorna para o meio em que estava se propagando, dizemos que ela sofreu reflexão. 

O feixe de luz que se dirige para a superfície é denominado feixe incidente e o feixe devolvido pela superfície refletora é o feixe refletido.

Reflexão da luz

A reflexão pode ser de dois tipos:

Reflexão da luz

Reflexão especular ou regular, quando os raios de luz incidem sobre superfícies totalmente polidas.

Reflexão da luz

Reflexão da luz

Reflexão difusa, quando os raios incidem sobre superfícies irregulares. Essa última é a responsável pela percepção do ambiente que nos cerca. 

As Leis da Reflexão

Devemos entender duas leis em relação à reflexão: 

O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.

A reta normal os raios incidente e refletido estão no mesmo plano.

As Leis da Reflexão

EXERCÍCIO DE CLASSE

1. Coloque V (verdadeiro) ou F (falso):

a. ( ) A luz não se propaga em linha reta.

b. ( ) Os feixes de luz podem ser divergentes, convergentes paralelos.

c. ( ) Após se cruzarem os feixes seguem trajetórias diferentes.

d. ( ) É possível converter feixes paralelos em convergentes.

e. ( ) A velocidade da luz é finita

2. Assinale a alternativa correta:

a) Feixes divergentes sempre se concentram em um ponto.

b) Os raios de luz do sol são todos convergentes.

c) a velocidade da luz é de 300.000 km/s.

d) Um feixe de luz divergente não pode ser convertido em um feixe paralelo.

e) Feixes de luz podem fazer curvas.

3. Quando um feixe de luz incidente encontra uma superfície irregular, os feixes refletidos partem para várias direções. Quando isso ocorre dizemos que a reflexão é:a) especularb) difusac) paralelad) convergentee) divergente

4. Coloque V (verdadeiro) ou F (falso):a. ( ) O feixe que se dirige para a superfície é

chamado de feixe incidenteb. ( ) O feixe devolvido pela superfície é chamado de

feixe refletidoc. ( ) Após se cruzarem os feixes seguem as mesmas

trajetórias d. ( ) Quando um objeto pode ser visto em diferentes

posições é porque houve difusão da luz que incidiu sobre o objeto

e. ( ) A maioria dos corpos reflete difusamente a luz.

5. Sobre as leis da reflexão assinale a alternativa correta:

a) O raio incidente, a normal e o raio refletido estão em planos diferentes.

b) O ângulo de inciência superior ao ângulo de reflexão.

c) O ângulo de incidência é diferente do ângulo de reflexão

d) O ângulo de incidência é maior que o ângulo de reflexão

e) N.D.R.

6. Assinale a alternativa que apresenta os nomes dos feixes na seqüência correta:

a) paralelo, divergente e convergente

b) divergente, convergente e paralelo

c) divergente, paralelo e convergente

d) convergente, divergente e paralelo

e) divergente, divergente e paralelo

7. Determine o ângulo de reflexão do sistema abaixo:

a) 20°b) 35°c) 40°d) 50°e) 60°

i r40º

8. Um raio de luz entra em um sistema de dois espelhos com ângulo de incidência de 50º, represente a saída desse raio de luz do sistema de espelhos e determine o ângulo de reflexão desse raio.a) 30º

b) 40º

c) 50º

d) 60º

e) 70ºE2

E1 50º

9. Determine o ângulo de x sabendo que o ângulo de incidência é igual a 30º:

a) 20°b) 30°c) 40°d) 50°e) 60° i r

x

10. (PUC-SP) O ângulo de incidência, em um espelho plano, é de 30°. Qual o valor do ângulo formado entre o raio refletido e a superfície do espelho?

11. O fenômeno da reflexão da luz ocorre sempre que um raio de luz:

a) incidir sobre uma superfície espelhada de um espelho ideal

b) atravessar a superfície de separação de dois meios transparentes e de índices de refração diferentes

c) atravessar um orifício de diâmetro igual a 10-2cm

d)se propagar na água

e) se propagar no vácuo

12. Em determinadas condições, pode-se ouvir o eco de um som. O fenômeno acústico que explica o eco é: 

      a) a refração

      b) a reflexão

      c) a ressonância

      d) a interferência

      e) a difração   

13. (UNESP) Dois espelhos planos E1 e E2 formam um ângulo de 110º entre si. Um raio de luz que incide em E, com um ângulo de 40º, como mostra a figura ao lado, é refletido sucessivamente por E1 e E2: 

O ângulo que o raio refletido por E2 forma com o plano de E2 é igual a:a) 20º      

b) 30º      

c) 40º      

d) 50º      

e) 60º

14. (U.E.CEARÁ) Um raio de luz atinge uma superfície metálica, onde reflete. O ângulo entre os raios incidnte e refletido mede 35º. O ângulo de incidência mede:a) 20,5º      

b) 17,5º      

c) 35,0º      

d) 70,0º      

e) 75º 

15. (U.F.PIAUÍ) A figura ao lado representa um raio de luz que incide no espelho plano E e é por ele refletido. Os ângulos de incidência e reflexão desse raio de luz são, respectivamente:a) 25º e 25º      b) 25º e 65º       c) 65º e 65º       d) 65º e 25º       e) 90º e 90º 

16. (U.F.RGS) O ângulo entre o raio de luz que incide num espelho plano e a normal à superfície do espelho é igual a 35º. Nesse caso o ângulo entre o espelho e o raio refletido é igual a:a) 20º       b) 35º       c) 45º       d) 55º       e) 65º 

17. (U.F.PELOTAS)O ângulo entre um raio de luz incidente numa superfície metálica e o correspondente raio refletido é igual a 60º. Portanto, o ângulo de incidência do raio de luz é igual a:a) 20º       b) 30º       c) 40º       d) 50º       e) 60º 

REFRAÇÃO DA LUZ

Vamos iniciar nosso estudo enunciando a seguinte experiência: ao nos colocarmos do lado de fora de uma piscina cheia de água e olhar em direção ao fundo dela vamos perceber que seu fundo parece estar em altura diferente. Essa diferença acontece por causa do fenômeno óptico de refração da luz.

A refração é o fenômeno que ocorre com a luz quando ela passar de um meio homogêneo e transparente para outro meio também homogêneo e transparente, porém diferente do primeiro. Nessa mudança de meio, podem ocorrer mudanças na velocidade de propagação e na direção de propagação.

Quando um raio de luz passa de um meio para outro, a sua velocidade muda, sofrendo, em conseqüência, um desvio na sua direção de propagação; a esse fenômeno dá-se o nome de refração da luz. 

ÍNDICE DE REFRAÇÃO

A velocidade da luz em cada meio está associada ao índice de refração absoluto do meio:

c – velocidade da luz no vácuo (c = 3 . 108 m/s = 3 . 105 km/s)v – velocidade da luz no meio considerado (m/s no SI)n – índice de refração absoluto do meio (adimensional, ou seja, não possui unidade de medida)

No vácuo a luz não encontra dificuldade para se propagar. Portanto o índice de refração absoluto do vácuo é sempre 1.

No ar a dificuldade da luz para se propagar é baixa. Assim para resolvermos exercícios podemos considerar o índice de refração também igual a 1.

Nos demais meios a luz tem dificuldade considerável para se propagar por isso o índice de refração da luz nesses casos é maior que 1.

A velocidade da luz no vácuo é c = 300 000 km/s e em outro meio qualquer é menor do que este valor. Conseqüentemente, o valor do índice de refração em qualquer meio, exceto o vácuo, é sempre maior que a unidade (n > 1).

Exemplo: A velocidade da luz no vidro é v = 200.000 km/s. O índice de refração do vidro será:

nvidro = c / v = 300 000 / 200 000 = 1,5

Os valores de índices de refração de alguns meios materiais

Meio material Índice de refração (n)

ar 1,00

água 1,33

vidro 1,50 

glicerina 1,90

álcool etílico 1,36

diamante 2,42

acrílico 1,49

EXERCÍCIOS

01. Certa luz monocromática apresenta num meio material velocidade igual a 150.000 km/s. Sendo a velocidade da luz no vácuo 300.000 km/s, determine o índice de refração absoluto para esse meio. a) -1b) 1c) 2d) 3e) 4

02. Determine o índice de refração absoluto de um líquido onde a luz se propaga com a velocidade de 200.000 km/s. A velocidade da luz no vácuo é 300.000 km/s.

a) 1

b) 1,3

c) 1,5

d) 2,5

e) 2

Coloque v(verdadeiro) ou f(falso):a) ( ) a luz no vácuo encontra dificuldade para

se propagar.b) ( ) o índice de refração no vácuo é sempre

1. c) ( ) em todos os meios de propagação o

índice de refração é sempre igual a 1.d) ( ) a luz no vácuo se propaga sempre a

300.000 km/s e em outros meios essa velocidade aumenta.

e) ( ) a luz no vácuo não encontra dificuldade para se propagar.

03. O índice de refração absoluto do vidro é 1,5 para certa luz monocromática. Qual a velocidade de propagação dessa luz no vidro?

a) 300.000 km/s

b) 250.000 km/s

c) 200.000 km/s

d) 150.000 km/s

e) 100.000 km/s

04. Determine o índice de refração absoluto de um meio onde a luz se propaga com a velocidade de 300.000 km/s.

a) 1

b) 1,3

c) 1,5

d) 2,5

e) 2

05. O índice de refração absoluto do vidro é 2 para certa luz monocromática. Qual a velocidade de propagação dessa luz no vidro?

a) 300.000 km/s

b) 250.000 km/s

c) 200.000 km/s

d) 150.000 km/s

e) 100.000 km/s