Escola de Educação Básica São João Bosco

Óptica Geométrica

Marcio A. Wrés

Marcionei Bonomine

Vanessa da Silva Dimer

Apiúna-SC 08/2010

Introdução

A Óptica Geométrica descreve os fenômenos através da geometria, sem se preocupar com o que é a luz.São dois os criadores da óptica geométrica: René Descartes e Carl Friedrich Gauss. A optica é uma ciência muito antiga que sempre despertou o interesse das pessoas. Os filósofos gregos Platão e Aristóteles já se preocupavam em formular respostas à várias perguntas, tais como: Por que vemos um objeto ? O que é a luz ? Platão chegou a supor que: “ Nossos olhos emitiam pequenas partículas que ao atingirem os objetos tornavam-nos visíveis”. Isso é totalmente errado !!! Se fosse assim nos poderiamos ver no escuro. Outros Físicos procuraram outras hipóteses para explicar um grande número de fenômenos que ocorriam. Huyghens, Young e Maxwell lançaram novas idéias sobre a natureza da luz, bem como Newton, Galileu e Louis Fizeau trabalharam tentando desvendar o comportamento da luz...Newton observou a propagação retilínea de um feixe de luz que penetrava por uma fresta da janela...Galileu realizou várias experiências tentando medir a velocidade da luz...Louis Fizeau montou um dispositivo para medir a velocidade da luz com grande precisão.

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Objetivo Geral

Melhorar o conhecimento na disciplina de física sobre Óptica Geométrica.

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Óptica Geométrica

Á Óptica Geométrica é o ramo da física que estuda os fenômenos relativos ao agente físico luz. A luz visível é composta por radiações de sete comprimentos de ondas diferentes. Ao atravessar um prisma, a luz branca (luz solar) se decompõe nas sete radiações monocromáticas: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta. Além dessas radiações, que são visíveis para os seres humanos, existem também as radiações invisíveis: raios infravermelhos, raios ultravioletas, raios x, raios gama, raios cósmicos, ondas de rádios. Todas essas radiações são objeto de estudo da óptica.

Princípios da Óptica Geométrica

*Princípio da propagação retilínea da luz: Num meio homogêneo e transparente, a luz se propaga em linha reta. -*Princípio da reversibilidade dos raios de luz: O caminho seguido pela luz independe do sentido de propagação. *Princípio da independência dos raios de luz: Um raio de luz, ao cruzar com outro, não interfere na sua propagação. Corpo luminoso: são os corpos que emitem luz própria. Exemplo: o Sol, as estrelas, a chama de uma vela, etc. Corpo iluminado: são os corpos que refletem a luz que recebem a luz de outros corpos. Corpos opacos: são os corpos que impedem a passagem da luz. Corpos transparentes: são os corpos que se deixam atravessar totalmente pela luz.

Instrumentos ópticos

Os instrumentos ópticos destinam-se a facilitar a observação dos objetos. De acordo com a finalidade, podem ser classificados em instrumentos de projeção, de ampliação e de aproximação.

Os instrumentos de projeção fornecem uma imagem invertidados objetos, projetada sobre um anteparo, que pode ser um filme fotográfico ou uma parede. São exemplos de instrumentos de projeção a máquina fot´grafica, o projetor de slides, o projetor de cinema e a filmadora.

Os instrumentos de ampliação permitem obter uma imagem ampliada de objetos de pequenas dimensões. A lupa simples ou simples ou lente de aumento é o instrumento de ampliação mais simples, formado por apenas uma lente convergente. O microscópico combina várias lentes convergentes.

Os instrumentos de aproximação produzem uma imagem aumentada e próxima de objetos distantes e aparentemente pequenos. Binóculo, teodolito, luneta e telescópio são instrumentos de aproximação.

Reflexão da luz

Reflexão é um fenômeno físico no qual ocorre a mudança da direção de propagação da luz (desde que o ângulo de incidência não seja de 90°). 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. Quando a luz incide sobre uma superfície e retorna para o meio em que estava se propagando, dizemos que ela sofreu reflexão. A reflexão difere da refração, pois a

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refração consiste no desvio de luz para um meio diferente do qual a luz estava se propagando. A reflexão pode ser de dois tipos: reflexão regular, quando os raios de luz incidem sobre superfícies totalmente polidas, e reflexão difusa, quando os raios incidem sobre superfícies irregulares. Essa última é a responsável pela percepção do ambiente que nos cerca.

Para representar graficamente os raios de luz que incidem sobre uma superfície, existe as leis da reflexão, que nos auxiliam na visualização dos raios de luz sobre a superfície. São elas:

1° lei – O raio incidente, o raio refletido e a normal são coplanares, ou seja, pertencem ao mesmo plano. 2° lei – O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência, ou seja, r = i.

Acompanhe a gravura que ilustra essas leis.

A reflexão é utilizada tanto na construção quanto na utilização dos espelhos. Esses são largamente utilizados, tanto planos quanto esféricos.

Sendo um fenómeno que encontra exemplos em física ondulatória como na física de corpos materiais, é natural desconfiar-se que tem uma explicação comum aos dois tipos de comportamento.

Historicamente, o primeiro a formular uma explicação para a reflexão (especificamente, a da luz) foi Heron de Alexandria. Utilizando-se do princípio aristotélico que diz que a natureza nada faz de modo mais difícil, argumentou que a luz percorre o menor caminho entre dois pontos quaisquer. Ora, se a luz é obrigada a desviar-se durante o percurso, ainda assim percorre o menor caminho entre a fonte e o alvo. A esse princípio de óptica geométrica damos o nome de princípio de Heron.

Muito mais tarde Fermat enunciou princípio semelhante. Porém assinalava que o tempo era mínimo e não a distância percorrida. Esse princípio é conhecido como princípio de Fermat.

Ainda mais tarde, Maupertuis formulou pela primeira vez o princípio da menor acção, onde então surge a noção de ação. Entretanto, dentro do ponto de vista do cálculo das variações, melhor seria chamar a esse princípio de princípio da acção estacionária, já que na verdade a condição é de se achar um extremante para a funcional ação.

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Mais tarde, Sir Hamilton enunciou a forma moderna do princípio variacional.

A reflexão luminosa é a base da construção e utilização dos espelhos.

Os espelhos, tanto planos, como os esféricos, tem larguíssima utilização, e são a base dos telescópios reflectores, que sofrem de menos restrições do que os telescópios refractores.

Refração da luz

Um feixe de luz se desvia ao passar do ar para a água ou vice versa.Para observar esse efeito basta mergulhar um lápis em um copo com água.

Esse desvio se deve a uma mudança na velocidade da luz ao passar de um meio transparente para outro e chama-se REFRAÇÃO DA LUZ.

Quando a luz passa de um meio material para outro meio ocorre duas coisas. A primeira é que a velocidade da luz muda. A segunda é que quando a incidência não é oblíqua, a direção de propagação também muda. A passagem da luz de um meio para outro damos o nome de refração.

A ocorrência da reflexão total é responsável por um tipo de dispositivo utilizado hoje em larga escala na área das telecomunicações. Trata-se das fibras ópticas. As fibras ópticas permitem que a luz seja conduzida através da direção de uma fibra (a fibra óptica). Ela se tornou fundamental como meio para levar informações codificadas. E é hoje um dos principais instrumentos voltados para o trânsito de informações (na telefonia, por exemplo).

Consideremos agora o caso em que o meio (1) é mais refringente. Isto é, esse meio tem um índice de refração maior do que o outro meio. Consideremos a luz incidente nesse meio mais refringente. Agora ver-se-á que o ângulo de incidência atinge um valor máximo o qual é o limite para incidência com a ocorrência de refração.

Novamente aqui podemos argumentar que para ângulo de incidência nulo teremos ângulo de refração nulo. Ao aumentarmos o valor do ângulo de incidência teremos um aumento no ângulo de refração. No entanto, agora o ângulo de refração é

sempre mais do que o ângulo de incidência (pois ).

A velocidade da luz no vácuo é a maior que qualquer objeto pode atingir. Denominamos por c a velocidade da luz no vácuo. Num meio natural qualquer a velocidade da luz nesse meio (v) é menor do que c. Portanto, podemos sempre escrever que

ou, equivalentemente

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Conclusão

Na Óptica Geométrica estuda-se e analisa-se o comportamento e a trajetória da propagação luminosa. Portanto conclui-se que a óptica geométrica descreve os fenômenos através da geometria, sem se preocupar com o que é a luz. Também a reflexão da luz. Reflexão é um fenômeno físico no qual ocorre a mudança da direção de propagação da luz A reflexão é utilizada tanto na construção quanto na utilização dos espelhos. Esses são largamente utilizados, tanto planos quanto esféricos. E por fim a refração da luz que explica Quando a luz passa de um meio material para outro meio ocorre duas coisas. A primeira é que a velocidade da luz muda. A segunda é que quando a incidência não é oblíqua, a direção de propagação também muda.

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Bibliografia

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BONJORNO, Regina Azenha. Física Fundamental. FTD, São Paulo, 1993.

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