Astrofísica Geral

Tema 05: Noções de Óptica

Alexandre Zabot

Índice

1 Reflexão e Refração

2 Espalhamento

3 Polarização

4 Espelhos

5 Lentes

6 Interferência e Difração

7 Bibliografia

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Índice

1 Reflexão e Refração

2 Espalhamento

3 Polarização

4 Espelhos

5 Lentes

6 Interferência e Difração

7 Bibliografia

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Definição

Reflexão e refração da luz porum meio.

Reflexão: ângulos iguaisRefração: Lei de Snell

n1sen(θi) = n2sen(θR)

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Índice de refração

n =cv

O índice de refração é uma medida davelocidade da luz no meio.

Material nVácuo 1Ar 1.0003Água 1.33Etanol 1.36Gasolina (no Brasil) EtanolAzeite de Oliva 1.47Gelo 1.31Vidro comum 1.5Diamante 2.42

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Dispersão

Índice de refração para o gelo à −20◦C. O índice de refração depende do comprimento de onda.Esse fenômeno é crucial para a Astrofísica e chama-se dispersão.

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Dispersão

Decomposição da luz por um prisma. Este é o princípio físico usado no Espectrógrafo.

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Exercício sobre Dispersão

Exercício 5.1

Você está planejando usar um prismapara dispersar a luz e construir umespectrógrafo. Se a luz branca incide à45◦, utilize o gráfico abaixo paradeterminar qual o ângulo de refraçãopara a cor violeta e vermelha.

Índice de refração para vários tipos devidros.

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Exercício sobre Dispersão

Utilizamos a lei de Snell: n1sen(θi) = n2sen(θR)

Sabemos que n1 = nar = 1 e θi = 45◦

Do gráfico temos que n2 ≈ 1.66 para o violetae que n2 ≈ 1.60 para o vermelhoEntão, sen(θR) = 1× sen(45◦)/n2

Para o violeta: sen(θR) = 0.4260 → θR = 25.2◦

Para o vermelho: sen(θR) = 0.4419 → θR = 26.2◦

Portanto, 1◦ de diferença.

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1 Reflexão e Refração

2 Espalhamento

3 Polarização

4 Espelhos

5 Lentes

6 Interferência e Difração

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Espalhamento

O espalhamento da luz nos permite enxergar os raios de luz nesta imagem.

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Espalhamento

Mecanismo do espalhamento. Quanto menor o comprimento de onda,maior a taxa de espalhamento.

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Céu

Cores do céu no pôr do Sol.

Por quê que o céu é azul?(Renato Russo)

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Céu

Vemos o céu azul por que essa é a cormais espalhada pelas moléculas.

Próximo ao Sol vemos o céuavermelhado porque a poeira reflete luz

de outras direções e as moléculasespalham luz para outras direções.

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2 Espalhamento

3 Polarização

4 Espelhos

5 Lentes

6 Interferência e Difração

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Polarização da luz

Um feixe de luz possui vibrações em todas as direçõesUm filtro polaróide seleciona uma direção específicaVários fenômenos ópticos causam a polarização naturalmente

Polarização da luz.

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Polarização da luz

A luz pode ser polarizada por espalhamento.

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Polarização da luz

A luz pode ser polarizada por reflexão.

No quadro da direita, a luz polarizada espalhada foi bloqueada com um filtro.

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Polarização da luz

A emissão sob um campo magnético polariza a luz. Isso nos permite estudar o campomagnético de objetos celestes. Imagem em rádio da galáxia M51 com vetores de campo

magnético segundo dados da polarização da luz.

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2 Espalhamento

3 Polarização

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Espelho Plano

Num espelho plano a imagem aparece à mesma distância e do mesmo tamanho.

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Espelho Curvo

Na Astrofísica utiliza-se muito espelhos parabólicos, porque têm a propriedade de concentrarraios paralelos num ponto só, o ponto focal.

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Espelho Parabólico

Técnico trabalhando no espelho de 8mdo Telescópio Gemini.

Antenas do Very Large Array, umtelescópio em ondas de rádio.

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Lente Convergente

Diagrama de uma lente convergente. Raios de luz em uma lente convergente

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Lente Divergente

Diagrama de uma lente divergente.Raios de luz em uma lente divergente

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3 Polarização

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5 Lentes

6 Interferência e Difração

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Interferência

As ondas podem interferir entre si de vários modos.

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Interferência

Vários padrões de interferência.

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Princípio de Huygens

Princípio de Huygens: cada ponto de uma frente de onda é a fonte de uma nova onda.

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A curva da luz

Consequência: as ondas podem ”fazer acurva”quando passam por uma fenda ou obstáculo.

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Fenda simples

Padrão de interferência para uma fenda simples: máximo central seguido de outros máximos. Adistância entre os pontos de mínimo depende do comprimento de onda, do tamanho da fenda e

da distância do anteparo.

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Rede de difração

Podemos usar as propriedades da fenda simpespara montar uma rede de difração e separar ascores do espectro luminoso, jogando o máximosegundário de cada cor para um ângulo diferente.

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Rede de difração

A vida real é sempre mais complicada do que a teoria! Além dos máximos secundários, temos omáximo central e máximos de ordem menor.

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Rede de difração

A rede de difração é mais vantajosa:Não é preciso um vidro de altaqualidadePode-se controlar facilmente adispersãoManutenção mais fácilMais barata Rede de difração.

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Resumo

Vários fenômenos ópticos possíveis.

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3 Polarização

4 Espelhos

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6 Interferência e Difração

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Bibliografia

Fontes para estudoFísica, Paul Tipler & Gene Mosca, Volume 3, Capítulos 31 a 33

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