Historia Optica
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História da Física 2
Prof. Roberto de A. Martins
A óptica física, do século XVII ao XIX - 1
http://ghtc.ifi.unicamp.br/hf2.htm
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Antigüidade
Desde a Antigüidade já se conheciam as leis da reflexão em espelhos planos e curvos (Euclides) e uma lei aproximada da refração (Ptolomeu).
Euclides
Existiam discussões sobre a natureza da luz, das cores, a causa do arco-íris e outros fenômenos.
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Aristóteles
Aristóteles considerava que a luz não podia ser uma “coisa” (substância) porque a luz passa pela luz sem nenhum impedimento.
Ela seria apenas uma propriedade adquirida pelos corpos transparentes.
Aristóteles
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Aristóteles
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Perspectiva
As leis da perspectiva, que se baseiam na propagação retilínea da luz, foram estudadas no período medieval e aplicada ao desenho e à pintura na época do Renascimento.
Leonardo da Vinci deixou vários estudos teóricos sobre perspectiva.
da Vinci
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Propriedades das lentes
Eram conhecidas várias propriedades das lentes, como sua capacidade de concentrar a luz e queimar objetos.
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Idade Média
Óculos eram utilizados pelo menos desde o século XIII
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Telescópio
No início do século XVII foram construídas as primeiras lunetas, na Holanda.
Galileo também construiu uma luneta,em 1609, e a utilizou para observaros astros.
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Johannes Kepler
Kepler publicou duas obras sobre óptica, nas quais explicou as propriedades das lentes e lunetas, utilizando uma lei aproximada da refração e introduzindo o conceito de imagens reais e virtuais.
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A óptica no século XVII
• óptica geométrica – propagação retilínea, reflexão, refração, espelhos, lentes, aparelhos
• fenômenos de cores – arco-íris, prismas e cristais, bolhas de sabão, cores produzidas em reações químicas
Os estudos do século XVII procuravam explicar os fenômenos que já eram conhecidos:
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A óptica no século XVII
A invenção dos telescópios e microscópios estimulou muito o estudo da óptica, no século XVII.
Surgiram muitos trabalhos sobre a natureza da luz, como os de Descartes.
Descartes
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Descartes
Segundo Descartes, as estrelas são constituídas por aglomerações de partículas muito pequenas, que se movem muito depressa, no centro de turbilhões.
A pressão exercida por essas partículas se propaga em volta e é a causa da luz.
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Descartes
A visão seria produzida por essa pressão, que se propaga pelas partículas existentes em todo o espaço.
Descartes compara a visão ao modo como os cegos tomam conhecimento dos objetos, pelo tato.
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Descartes
Ele comparou a propagação da luz à propagação de movimento em uma série de bolas de bilhar alinhadas: batendo na primeira, a última se move quase instantaneamente.
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Descartes
Esse movimento pode passar nos dois sentidos, sem que um interfira no outro, obedecendo assim às propriedades da luz.
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Descartes
A luz se propaga instantaneamente, segundo Descartes (ou MUITO rápido), caso contrário os eclipses da Lua não ocorreriam quando ela está alinhada em oposição ao Sol.
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Descartes
Embora a luz não fosse um movimento propriamente dito, mas uma pressão (tendência ao movimento), Descartes explicou a reflexão e a refração utilizando analogias mecânicas.
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Descartes
Descartes procurou explicar também as cores do arco-íris.
Supôs que as diferentes cores estariam associadas a rotações das partículas, com diferentes velocidades.
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DescartesEstudou também as cores
produzidas por prismas e cristais.
Reconheceu que as diferentes cores sofriam refrações em direções diferentes.
No entanto, não pensou que a luz branca do Sol já contivesse todas as cores, como Newton fará depois.
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A óptica no século XVIINa Inglaterra, Boyle e Hooke publicaram obras sobre
luz e cores em 1664 e 1665.
Robert Boyle
Robert Hooke
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Robert Hooke
Hooke desenvolveu um novo tipo de microscópio e descreveu seus estudos na Micrographia (1665).
Robert Boyle
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Robert Hooke
Hooke defendeu uma teoria de que a luz seria constituída por ondas (pulsos não periódicos)
Tentou explicar as cores produzidas nos prismas supondo que as ondas sofrem mudanças quando são refratadas e a frente de onda não é mais perpendicular à direção de propagação da luz.
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Robert HookeO lado da onda que fica mais
avançado produziria a sensação de vermelho.
O outro lado produziria a sensação de azul.
Quando o feixe se afasta e amplia, o azul e o vermelho se misturam e produzem todas as cores observadas no arco-íris e nos prismas.
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PrismasPara entendermos a idéia de Hooke é importante
esclarecer uma coisa sobre as cores produzidas pelos prismas.
Em sua maioria, as figuras que costumam ser utilizadas para explicar a produção de cores nos prismas são completamente erradas
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Prismas
Algumas são mais erradas do que as outras...
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PrismasAs cores não aparecem todas logo depois que a luz
atravessa o prisma, mas apenas a certa distância.
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Prismas
Hooke estava tentando explicar aquilo que realmente é observado quando se examina a luz que sai de um prisma, perto dele.
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Robert Hooke
Hooke considerou que a luz branca era simples, e que sofria mudanças ao ser refratada.
O azul e o vermelho seriam as duas cores fundamentais, e todas as outras seriam misturas delas entre si e/ou com o branco.
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Newton
Quando Boyle e Hooke publicaram seus trabalhos, Newton tinha 23 anos.
Ele se interessou pelos fenômenos das cores produzidos nos prismas e em outros fenômenos descritos por Boyle.
Comprou um prisma e começou a fazer experimentos.
Newton
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Newton
Notou que a mancha colorida projetada pelo prisma era alongada.
Explicou o fenômeno supondo que a luz branca do Sol era uma mistura de cores e que cada cor sofria uma refração diferente no prisma.
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Newton
Newton, influenciado pela “filosofia corpuscular”, imaginou desde o início que a luz seria constituída por corpúsculos.
No entanto, seu estudo da composição da luz do Sol era independente desse tipo de hipóteses.
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A óptica no século XVII
Foram também descobertos novos fenômenos ópticos que precisavam ser explicados:
• Dupla refração (Bartholinus)
• Difração (Grimaldi)• Polarização (Huygens)• Anéis de Newton
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Grimaldi
O fenômeno de difração foi descoberto pelo padre jesuíta Francesco Maria Grimaldi (1618-1663), de Bolonha.
O trabalho de Grimaldi só foi publicado depois de sua morte, em 1666.
Grimaldi
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Bartholinus
O dinamarquês Erasmus Bartholinus (1625-1698) foi o primeiro a descrever o fenômeno da dupla refração no “espato da Islândia” (calcita).
Ele notou que qualquer objeto observado através do cristal ficava duplo.
Bartholinus
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Bartholinus
Em 1670 Bartholinus publicou suas observações e experimentos
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Bartholinus
Ele notou que a luz se dividia em dois caminhos diferentes ao passar pelo cristal.
Um dos feixes obedecia às leis normais da refração.
O outro feixe não obedecia, era “anômalo”.
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Dupla refração
Atualmente interpretamos a dupla refração sob o ponto de vista de dois estados de polarização da luz.
Bartholinus não deu nenhuma explicação para a dupla refração.
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Grimaldi
“A luz se propaga ou difunde não apenas em linha reta, por refração e por reflexão, mas também de um quarto modo – por difração”
“Difração” = diffractio em latim, vem de dis+frangere = quebrar em partes
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Difração
Grimaldi fez um furo em uma janela, pelo qual entrava a luz do Sol, produzindo um cone de luz no quarto escuro (porque o Sol não é visto como um ponto).
Colocou um papel branco no chão, para fazer observações.
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Difração
Colocou então no cone de luz um pequeno objeto e notou que sua sombra era maior do que se poderia calcular supondo que a luz caminhasse em linha reta.
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Difração
Além disso, observando a borda da sombra, notou faixas claras e escuras, coloridas.
Cada faixa clara era azulada de um lado (mais próximo da sombra) e avermelhada do outro (lado mais afastado da sombra).
Também notou que as faixas iam se tornando mais estreitas à medida que se afastavam da sombra.
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Difração
Além disso, observando a borda da sombra, notou faixas claras e escuras, coloridas.
Cada faixa clara era azulada de um lado (mais próximo da sombra) e avermelhada do outro (lado mais afastado da sombra).
Também notou que as faixas iam se tornando mais estreitas à medida que se afastavam da sombra.
![Page 44: Historia Optica](https://reader033.fdocumentos.com/reader033/viewer/2022061603/55cf9e20550346d033b06cc7/html5/thumbnails/44.jpg)
Difração
Atualmente é mais fácil observar as franjas de difração, utilizando luz monocromática, como a de um laser. Com luz branca é muito mais difícil ver as franjas.
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Duas teorias conflitantes
As duas teorias mais detalhadas, propostas no final do século XVII, para explicar os fenômenos luminosos, foram as de Newton e de Huygens.
Isaaco Newtono
Como veremos, Newton procurou explicar um número de fenômenos muito maior do que a teoria de Huygens podia explicar.
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FIM