Óptica geométrica (2017)

Professor Marco Antonio

› Estudo da luz e suas propriedades nos

meios em que se propaga.

Termos e conceitos

Princípios da Óptica Geométrica

Espelhos planos

Espelhos esféricos

Lentes esféricas

› Sob o aspecto didático, o estudo da

óptica é dividido em duas partes:

• Óptica geométrica: preocupa-se em

analisar o que ocorre quando o agente

físico luz incide e (ou) se propaga em

"sistemas ópticos" (espelhos, placas de

vidro, lentes, prismas e outros).

• Óptica física: estuda a produção e a

natureza íntima do agente físico luz,

bem como os fenômenos ligados a essa

natureza (difração, interferência,

polarização, etc.).

Raios de luz são linhas orientadas que

representam, graficamente, a direção e o

sentido de propagação da luz.

Os fenômenos que iremos estudar em Óptica

geométrica podem ser descritos com a simples

noção de raio de luz.

Um conjunto de raios de luz constitui um

feixe de luz. Este pode ser convergente,

divergente ou paralelo




Uma lente de aumento, apontando para

os raios do Sol, produz um feixe cônico

convergente.




Quando os raios luminosos divergem, como

nos faróis de um carro, formam um feixe

cônico divergente.




Os raios luminosos que se propagam

paralelamente, como nos holofotes,

formam um feixe cilíndrico ou colimado.

Fontes de luz: Denominamos luz ao agente

físico responsável pelas sensações visuais.

Também podemos definir luz como uma

fração do espectro eletromagnético que

impressiona os olhos

Representação das frações mais significativas do Espectro

Eletromagnético , fora de escala.

De um modo geral, todos os objetos visíveis

podem ser considerados fontes de luz.

Dentro do amplo espectro de radiações

eletromagnéticas, apenas uma pequena parte é visível

aos nossos olhos – são as radiações cujos

comprimentos de onda vão de 380 a 760 nanômetros.

Pergunta:

Dos objetos citados a seguir, assinale aquele que seria visível em uma sala

perfeitamente escura.

a) um espelho;

b) qualquer superfície clara;

c) um fio aquecido ao rubro;

d) uma lâmpada desligada;

e) um gato preto.

› As fontes de luz podem ser:

• Fonte de luz primária ou corpoluminoso: é aquela que emite luzprópria. Como exemplos temos o Sol, achama de uma vela, etc.

A chama de uma vela é uma

fonte primária de luz

› As fontes de luz podem ser:

• Fonte de luz secundária ou corpoiluminado: é aquela que reflete a luzrecebida de outros corpos. Comoexemplo temos a Lua, que reflete a luzrecebida do Sol.

A Lua é uma fonte secundária de luz

› Conforme a fonte, a luz pode ser:

• simples ou monocromática – de umasó cor, como a luz amarela emitida porlâmpadas de vapor de sódio,comumente utilizadas para a iluminaçãopública;

• composta ou policromática – queresulta da superposição de luzes decores diferentes, como a luz solar(branca).

a velocidade de propagação de qualquer luz monocromática no vácuo é sempre a

mesma e é aproximadamente igual a 300.000 km/s.

em um meio material, a velocidade da luz varia conforme o tipo de luz

monocromática e seu valor será sempre menor que a velocidade da luz no vácuo.

› Meios de propagação da luz:

• O meio é transparente quandopermite a propagação livre da luz,possibilitando uma visão nítida dosobjetos através dele. Exemplos: o ar, ovidro comum, a água.

• O meio é translúcido quando permitea propagação da luz através de si,mas a espalha, não possibilitando umavisão nítida dos objetos através dele.Exemplos: vidro fosco, papel de ceda,papel celofane.

› Meios de propagação da luz:

• O meio é opaco quandoimpede a propagação da luzatravés de si, nãopossibilitando a visualizaçãodos objetos através dele.Exemplos: madeira, metais.

Resumidamente:

› Fenômenos ópticos:

Um feixe de raios paralelos, ao incidir sobreuma superfície S, que separa dois meiosópticos distintos transparentes, translúcidosou opacos, pode atravessá-la ou não,ocorrendo os seguintes fenômenos:

1. Reflexão regular

2. Reflexão difusa

3. Refração regular

4. AbsorçãoAcontece em função de fenômenos

ópticos no céu, quando um arco de

luz similar à aparência de um arco-

íris, forma faixas de cores no

horizonte. Tudo isso graças à

refração de gelo ou água.

Exemplo: Arco-íris de fogo


1. Reflexão regular

O feixe de luz incide em S e retorna aomeio de origem.

Todos os raios são refletidos regularmente,ou seja, eles permanecem paralelos entresi, a partir dos pontos de incidência.

Ocorre quando S é uma superfície plana,opaca e bem polida, como um espelho.


2. Reflexão difusa

O feixe de luz incide em S e retorna aomeio de origem.

Os raios são refletidos irregularmente, ouseja, deixam de ser paralelos.

Ocorre quando S é uma superfície opaca erugosa, como a maioria dos corpos


3. Refração regular

O feixe paralelo de luz atravessa S econtinua se propagando no outro meio.

Ocorre quando o meio que recebe o feixede luz é transparente ou translúcido.


4. Absorção

O feixe de raios paralelos incide em S enão se reflete nem se refrata.

A luz é absorvida pela superfície.

Ocorre, por exemplo, nos corpos de corescura.

› A cor de um corpo por reflexão

Os objetos que não possuem luz própria – objetos iluminados – são vistosporque refletem difusamente a luz que neles incide.

A cor de um objeto é a parte da luz que chega aos nossos olhos, ou seja, é a corque o objeto refletiu.

As outras cores foram absorvidas pelo objeto.

› A cor de um corpo por reflexão

R.64 Num recinto à prova de luz externa, iluminado por uma fonte luminosavermelha, está um indivíduo de visão normal. Sobre uma mesa estão dois discosde papel, sendo um branco e outro azul (sob luz solar). Os discos têm a mesmadimensão e estão igualmente iluminados pela fonte de luz vermelha. Em que coreso indivíduo observará os discos?

1. Uma sala está iluminada por uma lâmpada que emite luz monocromáticavermelha. Entram nessa sala três jovens: Luís, Pedro e Maria. O primeiro vesteuma camisa branca, o segundo, uma camisa verde, e a terceira, uma blusavermelha. Uma vez dentro da sala, de que cor é vista:

a) a camisa de Pedro?

b) a blusa de Maria?

c) a camisa de Luís?

I- Princípio da propagação retilínea daluz:

Nos meios homogêneos e transparentes,a luz se propaga em linha reta.


Na figura, a região que não recebe luz(entre C e S) é chamada de sombra.

Teremos sombra quando um obstáculo estiver à

frente de uma fonte de luz pontual, como uma

lâmpada, por exemplo.


Quando a fonte é extensa (AB), definem-se a sombra, que não recebe lua, e apenumbra, que é parcialmente iluminada.


A propósito:

A fonte de luz é extensa quando suasdimensões são consideráveis emrelação à distância do objeto iluminado.

Ela é puntiforme quando as suasdimensões são desprezíveis em relaçãoà distância do objeto iluminado.

Só haverá formação de penumbra quando a fonte for extensa.

Fonte pontual forma apenas sombra.

Princípios da Óptica Geométrica› Fontes pontuais e extensas

A propósito: a fonte de luz é extensa

quando suas dimensões são

consideráveis em relação à distância do

objeto iluminado. Ela é puntiforme

quando as suas dimensões são

desprezíveis em relação à distância do

objeto iluminado.

Só haverá formação de penumbra quando a fonte for extensa. Fonte pontual forma apenas sombra.

Eclipse

comprovam o princípio da propagação retilínea da luz.

quando sombra e a penumbra da Lua, determinadas pela luz do Sol, interceptam asuperfície da Terra, ocorrem os eclipses solares, que podem ser totais ou parciais.

Eclipse

comprovam o princípio da propagação retilínea da luz.

quando sombra e a penumbra da Lua, determinadas pela luz do Sol, interceptam asuperfície da Terra, ocorrem os eclipses solares, que podem ser totais ou parciais.

Sequência de imagens do processo

do eclipse solar.

Eclipse solar vista do espaço.

Câmara escura de orifício

Também comprova o princípio da propagação retilínea da luz.

Trata-se de uma caixa de paredes opacas, existindo em uma delas um pequenoorifício. A imagem de um objeto que está em frente ao furo, forma-se na faceoposta a ele.

A câmara escura de orifício ilustra o

princípio de funcionamento das

máquinas fotográficas.


Também comprova o princípio da propagação retilínea da luz.

Trata-se de uma caixa de paredes opacas, existindo em uma delas um pequenoorifício. A imagem de um objeto que está em frente ao furo, forma-se na faceoposta a ele.


Usando semelhança de triângulos, podemos definir uma relação entre o tamanhodo objeto e da imagem, bem como as distâncias relativas de cada um. Observe aimagem:

Podemos chamar de:

o = altura do objeto

p = posição do objeto

i = altura da imagem

p‘ = posição da imagem

Vejamos o exemplo a seguir!!!!


R.66 Uma câmara escura de orifício apresenta comprimento de 40 cm. De umaárvore de altura 5 m obteve-se, no anteparo fosco, uma imagem de de 25 cm altura.Determine a distância da árvore até a câmara.

2. Uma caixa de sapatos é usada para construir uma câmara escura de orifício. No

lugar da tampa, é fixado um recorte de folha de papel vegetal e, na face oposta a ela

(fundo da caixa), faz-se um orifício com um prego. A câmara é colocada em pé sobre

um mesa, em um quarto escuro e, a 40 cm da face com o orifício, põe-se uma vela

acesa de 12 cm de altura. Sendo de 18 cm a profundidade da caixa, determine o

tamanho da imagem formada na “tela” de papel vegetal.

II- Princípio da reversibilidade dos raiosde luz

Nas reflexões, nas refrações e emreflexões e refrações sucessivas, atrajetória seguida pela luz independe dosentido de sua propagação.

Por meio de um espelho, o menino vê a menina; a

menina também vê o menino!

III- Princípio da independência dosraios de luz

Quando raios de luz se cruzam, cada umdeles segue seu trajeto como se os outrosnão existissem.

As fotos acima evidenciam o princípio da

independência dos raios de luz.

Aplicação:

R.65 Um observador nota que um edifício projeta no solo uma sombra de 30 m de

comprimento no instante em que uma haste vertical de 50 cm de altura projeta no

solo uma sombra de comprimento 0,80 m. Determine a altura do edifício.

3. Um quadrado opaco de madeira, de 1,0 m de lado, está horizontalmente

pendurado a 1,2 m do teto de uma sala. Na mesma vertical do centro do quadrado

está fixada, no teto, uma pequena lâmpada acesa. Sendo de 3,0 m a distância do

teto ao piso, determine:

a) o comprimento da sombra projetada;

b) a área da sombra projetada.

4. Em um dia ensolarado, um homem com 2,0 m de altura está parado a uma

distância de 20 m de um poste de tamanho 12 m.

a) Qual é o tamanho da sombra do homem projetada no chão?

b) Qual é o tamanho da sombra do poste projetada no chão?

Ângulo visual

O ângulo visual depende da extensão do objeto e desua posição em relação ao observador.

Quanto maior a distância do objeto ao olho doobservador, menor o ângulo visual e menor parece ser oobjeto AB.

O menor ângulo visual sob o

qual o observador vê os

pontos A e B, separadamente,

chama-se limite de acuidade

visual. Para o olho humano esse

ângulo é de um minuto (1/60

graus).

Um observador na Terra vê o Sol

e a Lua sob o ângulo visual de

meio grau.

Óptica geométrica (2017)

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