ÓpticaO estudo da luz

Prof. Éder (Boto)

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Divisão para estudos• Óptica geométrica: Conjunto de raios.

• Óptica ondulatória: Considera-a como onda. Utiliza-se para o estudo da difração e interferência.

• Óptica eletromagnética

• Óptica quântica ou óptica física: dualidade onda-partícula Prof. Éder (Boto)

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Raio de luz• Representação gráfica do caminho

da luz

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Pincel de Luz

• Representação gráfica da região do espaço onde a luz de propaga

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Fontes de luz:-Primária: origem da luz,

emite luz-Sol-Lâmpada acesa-Chama a vela-Carvão em brasa

-Secundária-Reflete a luz (maioria)

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Fontes de Luz

• Puntual

- Extensa

• Extensa

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Fontes e Luz• Divergente • Convergente

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• Cilíndrico

Sombra e Penumbra

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Sombra e Penumbra:

Sombra:

Anteparo

Fonte Puntiforme

Obstáculo

Sombra

Penumbra:

Fonte extensa

Sombra

Penumbra

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Exemplo 04:(FGV SP/2008) Com a finalidade de produzir iluminação indireta, uma luminária de parede possui, diante da lâmpada, uma capa opaca em forma de meio cano.

No teto, a partir da parede onde está montada a luminária, sabendo que esta é a única fonte luminosa do ambiente e que a parede sobre a qual está afixada essa luminária foi pintada com uma tinta pouco refletora, o padrão de iluminação projetado sobre esse teto é semelhante ao desenhado em:

a) b) c) d)

I

II II IIIIII

I – SOMBRA;

II – PENUMBRA;

III – LUZ.

a. Eclipse Solar:

TerraSol

Lua

Sombra

Penumbra

Eclipse Total

Eclipse Parcial

Observação: O eclipse Solar só ocorre em fase de Lua Nova.

Eclipses:

b. Eclipse Lunar:

Terra

Sol

Lua

EclipseParcial

EclipseTotal

EclipseParcial

Observação: O eclipse Lunar só ocorre em fase de Lua Cheia.

Fases da Lua:

Quarto – Crescente: Quarto – Minguante:

Princípios da óptica geométrica:

1. Propagação Retilínea da Luz

2. Independência dos Raios de Luz

3. Reversibilidade dos Raios de Luz

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1 - propagação retilínea da luz

- Meio homogêneo e transparente a luz se propaga em linha reta.

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Proporções nas sombras e câmeras escuras

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Um prédio projeta no solo uma sombra de 15 m de extensão no mesmo instante em que uma pessoa de 1,80 m projeta uma sombra de 2 m. Determine a altura do prédio.

• H = 13,5 m Prof. Éder (Boto)

h

H

s

S

8,12

15 H

H8,1.2

15

Aplicações

• Câmera de Pinhole (pin hole)

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Exercícios1) Uma câmara escura de orifício apresenta

comprimento de 40 cm. De um poste de altura 5 m obteve-se, no anteparo, uma imagem de altura 25 cm. Determine a distância do poste até a câmara.

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d

i

D

O

40

255

D

40.5.25 D

mDD 85

200

2 – Independência dos Raios• Quando se cruzam, um não interfere na

trajetória do outro..

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02) Num dia em que o sol está visível, um aluno do CEFET-PE, com 1,80m de altura, mede a sua sombra, encontrando 1,20 m. Se, naquele instante, a sombra de um edifício nas proximidades medisse 9,0 m, a altura do edifício seria:

a) 10,50 m b) 11,40 m c) 12,00 m d) 13,50 m e) 15,00 m

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3 - Reversibilidade dos Raios de Luz

• Poder percorrer a mesma trajetória, em sentido contrário.

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As cores• Nossos olhos não conseguem distinguir

duas cores ao mesmo tempo.• Quando combinadas, formam outra cor• A cor branca é a sensação que temos

quando juntamos todas as cores

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Reflexão da Luz

- Reflexão regular: a superfície onde incide a luz é perfeitamente lisa

- Reflexão difusa: a superfície não é perfeitamente lisa.

REFLEXÃO DA LUZREFLEXÃO DA LUZ

raio incidente

raio refletido

reta normal

î

r

ângulo de incidência

ângulo de reflexão

Ponto de incidência

A partir do ponto de incidência, traçamos uma

reta perpendicular à superfície

O QUE MEDIR?Como medir?

Medimos os ângulos que o raio incidente e o raio refletido fazem com a

reta normal

REFLEXÃO DA LUZREFLEXÃO DA LUZ

raio incidente

raio refletido

reta normal

î

r

RETA NORMALRETA NORMAL

REFLEXÃO DA LUZREFLEXÃO DA LUZ

Será que existe alguma relação entre os raios ou entre os ângulos envolvidos?

REFLEXÃO DA LUZREFLEXÃO DA LUZ2a LEI DA REFLEXÃO

O ÂNGULO DE INCIDÊNCIA É IGUAL AO ÂNGULO DE REFLEXÃO

ir

Qual é a relação entre o ângulo de incidência e o ângulo de reflexão?

ri ˆˆ ri ˆˆ

Leis da Reflexão

1 – o raio incidente i, a normal à superfície refletora N e o raio refletido r estão no mesmo plano.

2 – O ângulo de incidência é igual ao ângulo defletido .

Espelhos Planos-luz se propaga em linha reta

http://br.geocities.com/saladefisica3/laboratorio/plano/plano.htm

Quando a imagem é formada pelos prolongamentos dos raios refletidos, ela é dita virtual

O objeto e a imagem são simétricos em relação ao espelho, isto é, se encontram à mesma distância dele.

Inversão Horizontal

O observador vê por reflexão apenas os pontos 3 e 4 que estão localizados exatamente no campo visual do

espelho em relação ao olho O do observador.

Refração da luz

Quando a luz atravessa as interfaces

O que é?

• Fenômeno que acontece quando a luz atravessa a interface entre dois meios.

• Sofre mudança na velocidade e no comprimento de onda.

• Pode sofrer desvios (provável, utilizações práticas).• Em determinadas situações não sofre desvio.

• Frequência da onda NUNCA muda

Meio isotrópico

• Em todas as direções as propriedades óticas são as mesmas.

• Anisotrópico:• Direções com carac-terísticas distintas.

A luz branca• Cor branca é a sensação que temos quando

enxergamos todas as cores misturadas.• Luz branca é policromática

Como selecionar uma luz monocromática?

• Gás, led, seleção física.

Porque ser monocromática?

• Cada uma das cores desvia-se de forma distinta das demais.

Dioptro

• Dois materiais separados por uma superfície lisa.

• Dois dioptros:• ar-vidro• vidro-ar

Índice de Refração Absoluto

Compara a velocidade da luz no vácuo (meio absoluto) com a luz do meio.

Quanto maior a refringência do meio, menor é a velocidade de propagação da luz.

Portanto, a mudança de meio impõe à luz uma mudança na velocidade de propagação

Valor do índice de refração• Quanto a velocidade da luz no vácuo é maior que a

luz neste meio.• No vácuo• Em outros meios, diferentes velocidades• Ex.: VCristal = 150 000 km/s• Portanto• A velocidade da luz 2 x a velocidade da luz no novo

meio.• n = 2

smskmc /10.3/000.300 8

v

cn

150000

300000n

v

cn

1, vácuoarn

O índice de refração absoluto de qualquer material é

sempre n≥1

Índice de refração absoluto: é uma medida da refringência de um meio material (símbolo n).

v

cn

Velocidade da luz no vácuo

Velocidade da luz no meio

Sempre n é admensionalÉ apenas uma proporção

Alguns Valores:

Incidência e reflexão sempre ocorrerão na refração

LuaReflexão

Refração

Incidente

Consequência da variação de velocidade

• Luz sofre desvio ao atravessar uma interface.NORMAL

´

ÂNGULO DE INCIDÊNCIA ÂNGULO DE

REFLEXÃO

ÂNGULO DE REFRAÇÃO

Situações especiais - 1

Sem desvio Com desvio

i = r = 0 º i ≠ r

Situações especiais - 2

Do meio menos refringente para o mais refringente

Do meio mais refringente para o menos refringente

meio 1

meio 2

Cada cor possui um desvio diferente.

Variação do n em função das cores

V=225.000km/s V=200.000km/s V=125.000km/s

Quanto mais refringente

mais próximo da normal.

Continuidade Óptica

Índice de Refração da Glicerina é igual ao índice de refração do vidro.

Extra 01) Considere dois meios homogêneos e transparentes, A e B, separados por uma fronteira F. A luz proveniente do meio A atravessou a fronteira F e passou a se propagar no meio B. Dizemos que ocorre o fenômeno da refração:a)Se a luz for desviada em sua trajetória ao atravessar a fronteira F.b)Se a luz sofrer variação de velocidade ao atravessar a fronteira F.c) Somente se forem satisfeitas as duas condições anteriores simultaneamente.d) Quaisquer que sejam os meios A e B.e) Somente se um dos meios for o vácuo.

02) O índice de refração absoluto de um meio:

a)Tem sempre valor menor que 1;

b)É medido em km/s;

c)Só pode ser igual a 1;

d)Obedece a relação n1;

e)Não tem definição exata

Leis da Refração

1. O raio incidente e o refratado pertencem ao mesmo plano.

2. É constante o produto do índice de refração pelo seno do ângulo naquele meio.

Lei de Snell - Descartes

Lei de Snell

Relação entre desvio (ângulo) e índice de refração.

n1 = índice de refração do meio 1n2 = índice de refração do meio 21 = ângulo entre a normal e o raio incidente (no meio 1).2 = ângulo entre a normal e o raio refratado (no meio 2).

- Descartes

2211 sennsenn

NORMAL

i´i

r

ÂNGULO DE INCIDÊNCIA ÂNGULO DE

REFLEXÃO

ÂNGULO DE REFRAÇÃO

RAIO INCIDENTE

RAIO REFLETIDO

RAIO REFRATADO

NORMAL

i´i

r

ÂNGULO DE INCIDÊNCIA ÂNGULO DE

REFLEXÃO

ÂNGULO DE REFRAÇÃO

RAIO INCIDENTE

RAIO REFLETIDO

RAIO REFRATADO

(1)(2)

• Coloque os índices de refração em ordem crescente:

Meio 1 (ar)

Meio 2 (água)

i

RaioIncidente (RI)

r

RaioRefratado (RR)

n1 < n2

v1 > v2

i > r

n1 (“mole”)

n2 (“duro”)

Meio 1 (vidro)

Meio 2 (ar)

i

RaioIncidente (RI)

r

RaioRefratado (RR)

n1 > n2

v1 < v2

i < r

n1 (“duro”)

n2 (“mole”)

RaioIncidente (RI)

RaioRefratado (RR)

Meio 1 (ar)

Meio 2 (água)

i = 0º

r = 0º

Índice de Refração Negativo

• O raio se comportaria como se sofresse uma “reflexão na normal”