Óptica
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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”