ÓPTICA

Introdução a óptica

Introdução

� Óptica é a parte da Física que estuda a luz e os fenômenos luminosos.

� Do grego OPTIKÉ, visão, estudo dos fenômenos luminosos. A óptica se divide em:

�� Óptica geométrica:Óptica geométrica: Estuda os fenômenos luminosos baseados em leis �� Óptica geométrica:Óptica geométrica: Estuda os fenômenos luminosos baseados em leis empíricas (experimentais), que são explicados sem que haja necessidade de se conhecer a natureza física da luz. A óptica geométrica usa como ferramenta de estudo a geometria

�� Óptica física:Óptica física: Estuda a compreensão da natureza física da luz e fenômenos como interferência, polarização, difração, dispersão entre outros.

A natureza da luz

� Na Antiguidade alguns filósofos gregos acreditavam que a luz era formada por pequenas partículas, as quais se propagavam em linha reta e com alta velocidade.

� Leonardo da Vinci percebeu a semelhança entre a reflexão da luz e o fenômeno do eco e levantou a hipótese de que a luz era um movimento ondulatório.

A natureza da luz

� Na busca pela definição sobre a natureza da luz surgiram, no século XVII, duas correntes de pensamento científico:

�A teoria corpuscular da luz, que era defendida por A teoria corpuscular da luz, que era defendida por Newton;

�O modelo ondulatório da luz, que era defendido por Christian Huyghens.

A teoria corpouscular da luz

� Newton tentou justificar sua teoria afirmando que a luz se comportava como pequenas esferas, as quais colidiam elasticamente com uma superfície lisa, sendo refletida de modo que o ângulo de incidência fosse igual ao ângulo de refração. incidência fosse igual ao ângulo de refração.

� Assim, segundo o fenômeno da reflexão, Newton considerava a luz como sendo constituída por um conjunto de partículas que se refletem elasticamente sobre uma superfície.

O modelo ondulatório da luz

� O modelo proposto e defendido por Huyghens dizia que a luz era uma onda e ela explicava de forma significativa a reflexão e a refração da luz.

� Como sabemos, qualquer onda se reflete e refrata de acordo com as leis da reflexão e da refração de acordo com as leis da reflexão e da refração dos feixes luminosos.

� Observações sobre esses fenômenos levaram os cientistas a favorecer o modelo ondulatório proposto por Huyghens, pois a teoria de Newton não se verificava na prática.

Velocidade da luz

� Apesar de ser muito rápida a luz tem uma velocidade finita.

� Se propaga em meios materiais e no vácuo.

� A velocidade de propagação no vácuo é de cerca � A velocidade de propagação no vácuo é de cerca de 300 000 km/s ou 3 . 108 m/s.

� Na Física a velocidade da luz é simbolizada pela letra c e vale exatos 299 792,458 km/s.

Ano-luz

� Pelo fato de ser muito rápida, a luz é utilizada para medir grandes distâncias determinando o espaço percorrido por ela em certo tempo.

� Defini-se anos-luz como uma unidade de medida � Defini-se anos-luz como uma unidade de medida de comprimento, usada principalmente na medição de distâncias astronômicas.

� 1 ano-luz corresponde à distância percorrida pela luz no vácuo, em um ano.

Fontes de luz

� Fontes primárias ou corpos luminosos

� São representados pelos corpos que emitem luz própria.

� Em geral ocorrem reações em cada um desses elementos que transformam um tipo de energia em energia luminosa.

Fontes de luz

� Fontes secundárias ou corpos iluminados

� São os corpos que recebem a luz de outras fontes e enviam de volta uma fração dessa luz.

� Não emitem luz própria.

Fontes de luz

� Fontes pontuais (ou puntiformes)

� Recebem essa denominação as fontes de luz que apresentam dimensões desprezíveis em

relação às distâncias que as relação às distâncias que as separam do outros corpos.

� Nesse caso, consideramos que todos os raios de luz são emitidos de um único ponto.

Fontes de luz

� Fontes extensas

� Quando as dimensões da fonte de luz são relevantes em comparação com as distâncias entre os corpos, dizemos que se trata de uma fonte extensa de luz.

� Nesse caso, consideramos que os raios luminosos são provenientes de toda a extensão do corpo.

Propagação da luz

� Raio de luz

� Denominados raio de luz a linha reta orientada que representa, geometricamente, a propagação da luz.

� Feixe ou pincel de luz� Feixe ou pincel de luz

� É um conjunto de raios de luz que se propaga pelo espaço.

Propagação da luz

� Feixe cilindro ou paralelo

� É representado por raios de luz paralelos.

� Os raios solares, ao atingirem a superfície terrestre, podem ser considerados como um feixe paralelo.

Propagação da luz

� Feixe cônico divergente� Os raios de luz que o compõem partem, ou parecem

partir, de um ponto.

� A iluminação feita por uma lanterna é um exemplo de um feixe divergente.um feixe divergente.

Propagação da luz

� Feixe cônico convergente� No caso do feixe convergente, todos os raios de luz do

feixe se propagam em direção a um ponto.

� Isso ocorre, por exemplo, com um feixe de luz que atravessa uma lente de aumento.atravessa uma lente de aumento.

Meios Físicos

� Ao atravessar os corpos, a luz se comporta de diferentes maneiras. De acordo com esse comportamento, podemos classificar os meios.

� Transparente; � Heterogêneo;Transparente;

� Translúcido;

� Opaco;

� Homogêneo;

� Heterogêneo;

� Isótropo;

� Anisótropo;

� Ordinário

Meios Físicos

� Transparente� É um meio que permite a passagem da luz sem que haja muita perda de energia.

� O vácuo é um meio transparente, embora outros meios, como a água, o ar e o vidro polido, por exemplo, possam como a água, o ar e o vidro polido, por exemplo, possam ser considerados meios transparentes, quando em espessuras relativamente pequenas.

� Em geral, objetos colocados atrás desses meios podem ser visto com nitidez.

Meios Físicos

Meios Físicos

� Translúcido� É um meio que permite a passagem da luz com muita uma perda de energia, ou seja, os raios de luz tem dificuldade em atravessá-lo.

� Fontes de luz que se encontrem após esse meio não � Fontes de luz que se encontrem após esse meio não podem ser vistas com nitidez.

� Podemos citar as nuvens, o papel vegetal, o vidro fosco e alguns plásticos como exemplos.

Meios Físicos

Meios Físicos

� Opaco

� São meios que não permitem a passagem da luz.

� São exemplos a madeira, as superfícies metálicas, a terra, o petróleo e a maior parte das rochas.

Meios Físicos

Meios Físicos

� Homogêneo

� Em qualquer parcela de seu volume, suas propriedades são as mesmas. O ar em camadas estreitas possui a mesma densidade e as mesmas moléculas;moléculas;

� Heterogêneo

� Em qualquer parcela de seu volume, suas propriedades não são as mesmas. Temos a atmosfera como um todo, em que a densidade diminui com a altitude;

Meios Físicos

� Isótropo

� Suas propriedades não dependem da direção considerada. A velocidade da luz é a mesma em qualquer direção;

� Anisótropo

� Suas propriedades dependem da direção considerada. A velocidade da luz não é a mesmaem qualquer direção;

� Ordinário

� É um meio homogêneo, transparente e isótropo.

Fenômenos ópticos

� Quando um feixe de luz se propaga em determinado meio e atinge uma superfície de separação com outro meio, ocorrem os seguintes fenômenos: reflexão, refração, absorção e dispersão.dispersão.

� Quando estudamos um dos fenômenos, consideramos que ele ocorre isoladamente, mas de fato os três estão sempre presentes na interação entre a luz e um corpo (ou meio).

Fenômenos ópticos

A – Reflexão da luz

� A reflexão ocorre quando um feixe de luz incide sobre uma superfície e retorna ao

meio de origem, onde se meio de origem, onde se propagava anteriormente.

� No caso da reflexão da luz, vamos destacar duas situações: a reflexão regulare a reflexão difusa da luz.

Fenômenos ópticos

� Reflexão regular

� Acontece quando um feixe de luz atinge uma superfície polida e é refletido de forma regular, isto é, caso a incidência seja de um feixe com raios paralelo, o feixe refletido também será paralelo.feixe refletido também será paralelo.

Fenômenos ópticos

� Reflexão difusa

� Ocorre quando um feixe de luz incide numa superfície e volta de forma irregular, ou seja, propaga-se em todas as direções.

Fenômenos ópticos

� A cor de um corpo

� Por que conseguimos ver um objeto?

� Por que esse objeto é visto de determinada cor?

� A reflexão difusa da luz permite entender por que, aos nossos olhos, os corpos apresentam cores diferentes.

� Podemos dizer que a cor de um corpo, vista pelo olho humano, é determinada pela luz difundida por ele quando iluminado.

Fenômenos ópticos

� A cor de um corpo

� A luz branca do Sol apresenta um espectro de cores determinadas por uma freqüência da luz bem definida.

Fenômenos ópticos

� A cor de um corpo� Os comprimentos de onda visíveis se encontram entre 380 e 750 nanômetros, ou as frequências entre 4,3 . 1014 Hz a 7,5 . 1014 Hz.

Ondas mais curtas (ou com maiores frequências) � Ondas mais curtas (ou com maiores frequências) abrigam o ultravioleta, os raios-X e os raios gama.

� Ondas mais longas (com menores frequências) contêm o infravermelho, o calor, as microondas e as ondas de rádio e televisão.

Fenômenos ópticos

� A cor de um corpo� Um objeto vermelho, ao ser iluminado pela luz branca, reflete (difunde) apenas a cor vermelha, causando a impressão de um vermelho.

Fenômenos ópticos

� A cor de um corpo� Um objeto branco, ao ser iluminado pela luz branca, reflete (difunde) todas as cores, causando a impressão de um corpo branco.

Fenômenos ópticos

� A cor de um corpo� Um objeto preto, ao ser iluminado, absorve todas as cores, causando a impressão de um corpo preto.

Fenômenos ópticos

B – Refração da luz

� A refração da luz ocorre quando a luz incide numa superfície que separa dois meios transparentes e, atravessando-a, propaga-se no outro meio. Quando isso acontece, a luz pode sofrer mudança na direção de sua acontece, a luz pode sofrer mudança na direção de sua

trajetória.

Fenômenos ópticos

C – Absorção da luz

� O fenômeno da absorção consiste na transformação de energia luminosa em energia térmica, principalmente.

� Nesse caso, consideramos que a maior parte da radiação incidente é retida no corpo.

Fenômenos ópticos

D – Dispersão da luz� O espectro de cores formado ocorre por causa da dispersão luminosa.

� Cada “luz” que o compões, luz monocromática, possui determinada características física, a freqüência. O fenômeno da dispersão é um desdobramento da � O fenômeno da dispersão é um desdobramento da refração, quando a radiação interage com o novo meio de propagação.

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