Propriedades e aplicações da luz

Carolina Azevedo

Propagação da luz em meio isotrópico

A luz propaga-se em linha reta e radialmente em todas as direções sempre que a velocidade de propagação for constante num determinado meio (meio isotrópico)

Raios e feixes luminosos

Raio luminoso – cada uma das direcções retilíneas segundo a qual se propaga a luz.

Feixes de raios luminosos – conjuntos de raios luminosos (exemplos abaixo)

Classificação dos feixes luminosos quanto ao meio de propagação Convergentes – o feixe de luz converge

num ponto Ex. Lupa

Divergentes – o feixe de luz diverge a partir do ponto da fonte Ex. Farol

Paralelos – o feixe de luz propaga-se sempre os raios paralelos entre si. Ex. Laser

Material Transpare

nte

MaterialOpaco

Material Translúcido

Permite que a luz o atravesse livremente. Exemplo: vidro normal

Impede que a luz o atravesse Exemplo: parede

Permite que a luz o atravesse parcialmente e vê-se com pouco nitidez, Exemplo: vidro fosco

Comportamento da luz face ao vários tipos de materiais

Sombra e Penumbra Explicadas pela propagação retilínea da luz

colidindo com um material opaco.

Sombra – totalmente escura porque não recebe qualquer luz; da zona de sombra não se vê a fonte luminosa

Penumbra – não é totalmente escura (claridade variável); da zona de penumbra vê-se uma parte da fonte luminosa

Lua Terra

Objecto opaco

Fontes de luz Naturais Ex. Sol e outras

estrelas Artificiais Ex. Lâmpada ou

vela acesa

Corpos luminosos: têm luz própria (sol, estrelas, lâmpada, vela acessa)

Corpos iluminados ou não-luminosos: não têm luz própria; refletem ou transmitem a luz que recebem de um corpo luminoso

Triângulo de visão É composto por:

› Objeto não luminoso;› Fonte luminosa (ilumina o objeto);› Detetor de luz (ex. olhos da pessoa).

Questão: Um corpo não luminoso ao ser iluminado por uma fonte luminosa, pode ser visto por um observador? Porquê?› Sim, porque a luz que incide no

corpo iluminado é emitida em várias direcções, atingindo assim os olhos do observador.

Reflexão da luz O que é?

› É a mudança da direção ou sentido que ocorre quando os raios luminosos incidem em determinadas superfícies, continuando a luz a propagar-se nesse mesmo meio.

Que tipos de reflexão da luz existem?› Reflexão regular (ou apenas reflexão) –

quando os raios incidem em superfícies polidas (ex. Água calma do lago)

› Reflexão difusa (ou difusão) – quando os raios luminosos incidem em superfícies rugosas (ex. água agitada de um lado –depois da queda de uma pedra)

Leis da reflexão da luz

Raio incidente (ri)– raio luminoso que incide sobre a superfície;

Raio reflectido (rr) – raio luminosos que é reflectido pela superfície;

Normal – linha imaginária que é prependicular à superfície no ponto de incidência;

Ângulo de incidência (î)– ângulo definido pela normal e pelo raio incidente;

Ângulo de reflexão (^r)– ângulo definido pela normal e pelo raio reflectido.

O raio incidente, o raio reflectido e a normal estão no mesmo plano;

Os ângulos de incidência e de reflexão são iguais (mesma amplitude)

Formação de imagens num espelho plano

Superfície polida que reflecte regularmente a luz=> imagens nítidas dos objectos

Características das imagens:› Direitas e do mesmo tamanho que o objecto;› À mesma distância do espelho que o objecto;› Virtuais (não se conseguem projectar num alvo);› Lateralmente invertidas (simétricas): a parte

esquerda da imagem corresponde à parte direita do objecto)

Formação de imagens num espelho esférico

Côncavos – superfície polida é a parte interior de uma superfície esférica;

Convexos – superfície polida é a parte exterior de uma superfície esférica.

Espelhos côncavos

Têm uma surperficie refletora curva como o interior de uma taça.

Espelhos côncavos

As carateristicas das imagens usando espelhos côncavos, dependem da posição do objeto:

1. Podem ser menores, maiores ou do mesmo tamanho

2. Podem ficar direitas ou invertidas 3. Podem ser uma imagem real ou

virtual

Espelhos côncavos

Exemplos de espelhos côncavos:Interior de uma colherEspelho do dentistaFaróis de automóvel

Espelhos Convexos

Espelhos Convexos Têm uma superficie refletora curva

como o exterior uma taça.

Espelhos Convexos

Carateristicas das imagens usando espelhos convexos:

1. A imagem é mais pequena que o objeto

2. A distância da imagem é mais pequena que a distância do objeto

3. A imagem aparece direita4. A imagem é virtual

Espelhos Convexos

Exemplos de espelhos convexos: Espelhos nas saídas de garagens Espelho retrovisor lateral

automóveis Bola de discoteca

Refração Ocorre quando a luz passa de um meio ótico para

outro, onde a velocidade de propagação é diferente (luz é refratada sofrendo mudança de direção)

Raio incidente (ri)– raio luminoso que incide sobre a superfície de separação dos meios;

Raio reflectido (rr) – raio luminosos que se propaga no segundo meio;

Normal – linha imaginária que é prependicular à superfície no ponto de incidência;

Ângulo de incidência (î)– ângulo definido pela normal e pelo raio incidente;

Ângulo de reflexão (^r)– ângulo definido pela normal e pelo raio refratado (transmitido).

O raio refratado aproxima-se da normal quando a velocidade no 2º meio é inferior à velocidade no 1º meio; caso contrário afasta-se da normal;

Não há mudança de direcção quando o ângulo de incidência é de 0º, ou seja, quando o raio incide perpendicularmente à superfície de separação dos meios.

Reflexão Total Quando a luz passa de um meio no qual a

velocidade é menor para um onde a velocidade é maior

Há um ângulo de incidência (ângulo limite ou angulo crítico) para o qual o ângulo de refração é de 90º

Constituição do olho Órbita – cavidade óssea onde se encontra alojado o olho Humor aquoso e humor vítreo: líquidos no interior do olho; Esclerótica – membrana branca, opaca e dura que reveste para

interior do olho (protecção) Córnea – membrana transparente situada na parede externa do olho; Íris – membrana na parte mais externa do olho, cor varia de pessoa

para pessoa. Constituída por anel de músculos que controlam abertura da pupila;

Pupila – abertura circular atrás da córnea de cor negra. Cristalina – situado atrás da pupila;

permite focar os objectos Retina – membrana na parte interna

do globo ocular. Contém células sensíveis à luz, que actuam como película onde se formam as imagens.

Nervo óptico – onde se liga a retina; o nervo óptico comunica com o cérebro.

Formação das imagens no olho A quantidade de luz que pode atravessar a córnea é controlada pela pupila

(esta abre-se quando à menos luz e fecha-se quando há muita luz) A luz que atravessa a córnea é focada pelo cristalino, que funciona como

lente. Esta focagem permite projectar as imagens dos objetos numa zona da

retina A imagem que se obtém é invertida e menor do que o objecto. O cérebro interpreta a imagem para que a possamos ver corretamente

Defeitos da visão e sua correção: miopia

A imagem dos objetos distante é focada à frente da retina e não sobre ela. Resulta da incapacidade do cristalino de se tornar menos convergente (menos curvo).

Corrigido com lentes divergentes (côncavas)- os raios de luz divergem depois de passar a lente e, assim, a convergência feita pelo olho permite obter a imagem exatamente sobre a retina.

Defeitos da visão e sua correção: Hipermetropia

A focagem da imagem dos objetos é feita atrás da retina, devido a uma deficiência no globo ocular ou devido a um cristalino pouco convergente .

Corrigido com lentes convergentes (convexas) - a convergência dos raios de luz inicia-se assim que os raios de luz encontram a lente e, assim, a focagem é conseguida na retina.

Defeitos da visão e sua correção: Astigmatismo

Está associada à curvatura irregular da córnea: a forma da córnea é mais ovalada do que esférica, o que faz com que a luz se refrate em vários pontos da retina em vez de se focar em apenas um => focagem deficiente.

Corrigido com lentes cílindricas.

Defeitos da visão e sua correção: Presbiopia

Também conhecido como “vista cansada”; Surge quando o cristalino perde a capacidade de focar os

objetos devido à rigidez dos músculos (dificuldade em realizar tarefas que exijam uma visão próxima, como ler, escrever, trabalhar no computador;.

Corrigido com lentes convergentes, bifocais ou progressivas.

Espetro da luz branca A luz branca (policromática) pode separar-se num conjunto de

radiações de cores diferentes (radiações monocromáticas). Ao passar para o interior de um meio transparente (prisma, gota

de água) refrata-se, ou seja, cada radiação propaga-se a velocidades diferentes no interior do material e cada radiação (cor) refrata-se com um ângulo diferente separando-se umas das

outras: dispersão da luz branca; Ao emergir de novo desse meio para o ar, as radiações voltam a

refratar-se e a sofrer novos desvios=> é possível distinguir melhor as cores que compõem a luz branca. Ex. Formação arco Irís

Espectro de luz branca ou espetro de luz visível – conjunto de bandas coloridas correspondendo cada uma a um conjunto de ondas electromagnéticas caracterizadas por um intervalo de frequências.

A cor e a luz

Um corpo absorve, reflecte ou transmite determinadas radiações de entre aquelas que recebe.

A cor que um corpo apresenta depende do tipo de radiaçãoque sobre ele incide e da sua natureza

Cores primárias da luz

Vermelho + Verde = Amarelo;Vermelho + Azul = Violeta;Azul + Verde = Azul Claro;Vermelho + Verde + Azul = Branco.

Pode obter-se luz de qualquer cor a partir da sobreposição das três cores primárias da luz: vermelho, azul e verde.

A sobreposição de luz vermelha, azul e verde de igual intensidade origina luz branca.

Cor dos objetos opacos Aqueles que não permitem que a luz os atravessem, absorvendo ou

reflectindo, total ou parcialmente, todas as radiações que recebem. Objetos pretos: absorvem todas as radiações do espectro visível; Objetos brancos: refletem todas as radiações do espectro visível A cor que um objeto apresenta é a que se obtém quando do

espectro da luz branca se subtraem as radiações que são preferencialmente absorvidas por ele.

Cor dos objetos transparentes

Aqueles que se deixam atravessar pela luz, absorvendo algumas radiações e transmitindo outras.

Apresentam a cor da radiação que deixam passar

Um objeto transparente que transmite toda a luz branca que recebe, ou seja, não absorve luz, é INCOLOR

Um objeto transparente que transmite o verde, absorvendo as outras cores é verde.

Luz - onda electromagnética Ondas electromagnéticas caracterizam-se pela existência de uma

perturbação de natureza elétrica e magnética. A luz é uma onda electromagnética transversal As ondas electromagnéticas diferem das ondas mecãnicas por não

precisarem de um meio material para se propagarem. Ex. luz do sol percorre milhares de quilómetros de espaço praticamente vazio enquanto que o sol (onda mecânica) propaga-se no ar e noutros suportes materiais, mas não se propaga no vazio.

A velocidade de propagação das ondas electromagnáticas é maxima no vazio (300 000 km/s) e é aproximadamente igual no ar, sendo menor noutros meios.

Como qualquer onda, as radiações electromagnéticas transportam energia que se pode manifestar, por ex. pelo aquecimento de uma superfície exposta à luz.

Tal como as ondas mecânicas têm um período (T), frequência (f), comprimento de onda (λ) e amplitude (A).

Espectro electromagnético Inclui além da luz visível outros tipos de ondas

electromagnéticas:› Raios X› Radiações ultravioletas e infravermelhas

Quanto maior a frequência da radiação, maior a energia que lhe está associada.

Estão representadas as várias radiações por ordem crescente de energia (da esquerda para a direita)