ÓPTICA GEOMÉTRICA

FÍSICA
•
Do grego, que significa natureza, pois nos primórdios eram
estudados aspectos do mundo animado e inanimado.
•
Atualmente, é a ciência que estuda a natureza em geral,
principalmente, as interações da matéria e energia, desde
corpos infinitamente pequenos (mecânica quântica) até
infinitamente grandes (Cosmologia).
•
Identifica a trabalha com as leis básicas que regem o
universo.
•
Sendo uma ciência, utiliza o método científico, baseando-se
na matemática e na lógica para a formulação de seus
conceitos.
Divisões da Física

Quântica: trata do universo do muito pequeno, dos
átomos e das partículas que compõem os átomos.

Clássica: trata dos objetos que encontramos no
nosso dia-a-dia.

Relativística: trata de situações que envolvem
grandes quantidades de matéria e energia.
Divisão Tradicional






Mecânica (cinemática, dinâmica, estática,
hidrostática)
Termologia (termometria, calorimetria,
termodinâmica)
Ondulatória
Óptica
Eletrologia (eletrostática, eletrodinâmica,
magnetismo e eletromagnetismo)
Física Moderna
2009: Ano Internacional da
Astronomia
ÓPTICA GEOMÉTRICA
Estudo da geometria dos raios de luz.
O que é a luz?
Conjunto de comprimentos de onda a que o olho humano é
sensível.
 Faixa de radiação eletromagnética que se situa entre as
radiações infravermelhas e ultravioletas.

Três grandezas físicas básicas da luz: cor (frequência), brilho
(amplitude) e polarização (ângulo de vibração).
 Simultaneamente, a luz apresenta propriedades de ondas e
partículas (dualidade onda-partícula).

Teorias sobre a Luz

Primeiras idéias dos gregos (século I aC, Lucrécio): a luz
solar e o seu calor eram compostos de pequenas partículas.

Teoria corpuscular da luz (século XVII, Isaac Newton): luz
como partícula que se desloca com uma velocidade maior na
água do que no ar.

Teoria ondulatória da luz (século XVII, Huygens):
fenômeno ondulatório. Através das experiências de Young e
Fresnel conseguiu-se medir o comprimento de onda da luz e
provar sua propagação retilínea em meios homogêneos.
Foucault, século XIX, descobriu que a luz se deslocava mais
rápido no ar do que na água.
Dualidade onda partícula
* Caráter ondulatório (até o final do´século XIX):
Onda eletromagnética que se propaga no vácuo com
velocidade de 3 x 108 m/s.
V= λ.F
* Caráter corpuscular (Einstein e Planck):
Pequeno pacote de energia chamado de fóton.
E=h.F
Obs.: Em 1911 Compton demonstrou que “a colisão de um
fóton com um elétron tem comportamento de corpos
materiais.
Fontes de Luz da radiação visível

Dependem essencialmente do movimento de elétrons.

Os elétrons podem ser levados de um estado de energia
mais baixa outro de energia mais alta através do
aquecimento ou passagem de corrente elétrica. Ao
retornarem a seus níveis mais baixos, os átomos emitem
radiação que pode estar na região visível do espectro.

A fonte mais comum da radiação visível é o Sol.
Observações

Todos os objetos emitem radiação magnética, denominada
radiação térmica, devido à sua temperatura.

Quando a radiação térmica é visível, os objetos são
denominados incandescentes. Um exemplo para esta situação é
o Sol. Para que observemos a incandescência, são necessárias
temperaturas que excedam a 1.000°C.

Quando a luz é emitida de objetos frios, o fenômeno é chamado
de luminescência. Os exemplos são as lâmpadas fluorescentes,
relâmpagos, e receptores de televisão.

Caso a energia que excita os átomos seja originada de uma
reação química, chamamos ao fenômeno de
quimiluminescência.

Mas, o que ocorre em seres vivos, como vagalumes e
organismos marinhos, é chamado de bioluminescência.
Classificação das fontes de Luz
Primária: possuem luz própria.
Ex.: Sol, estrelas.

Secundária: necessitam receber luz de uma
fonte para serem visualizadas.
Ex.: pessoas, caderno.

Meios de Propagação

Transparentes: permitem a passagem dos raios de luz e, por isso é
possível enxergar os objetos que estão do outro lado de um objeto
transparente.
Ex.: vidro plano de janela.

Translúcidos: permitem a passagem dos raios de luz de uma
maneira irregular. É possível enxergar objetos através deles, mas
não é possível identificar detalhes. O vidro leitoso é um exemplo.

Opacos: não permitem a passagem dos raios de luz. É impossível
enxergar através de um corpo opaco. Ex.: parede de alvenaria.
Obs: * Em nosso estudos trabalharemos apenas com meios
transparentes e homogêneos, nos quais a luz se propaga em linha
reta.
* Após atravessar um meio, a luz chegará em algum sistema
óptico (espelho, globo ocular, lentes)
Trajetória da Luz

Reta (direção) + seta (sentido)
Raio de luz
Feixe
divergente
Feixe
convergente
Feixe
paralelo
Princípios da Óptica Geométrica

Propagação retilínea da luz (sombra, penumbra
= eclipse total/parcial).

Independência dos raios de luz.
Reversibilidade dos raios de luz.

Fenômenos Ópticos
REFLEXÃO: ao atingir uma superfície, a luz
retorna ao meio de origem.
A reflexão pode ser classificada como:
regular
ou
difusa.
Observações a respeito da reflexão

Em espelhos ocorre o fenômeno da reflexão
regular.

A cor exibida por um corpo é determinada
pela luz que ele reflete difusamente.

Os objetos que vemos diariamente refletem
difusamente a luz.
Corpo branco
Corpo azul
Corpo preto
REFRAÇÃO: passagem da luz de um meio para
outro com mudança de velocidade de
propagação e na maioria das vezes, desvio de
sua trajetória.
Absorção: todo corpo ao sofrer incidência da
luz absorve certa quantidade de energia.
Obs.: Fenômenos ópticos ocorrem
simultaneamente.
Velocidade da Luz
A luz se propaga no vácuo numa velocidade
constante, que é uma constante da Física,
representada por c e igual a 299 792 458 m/s.
Medidas para a Luz

Intensidade da radiação/brilho: W/m2

Iluminância ou iluminação: lux

Fluxo luminoso: lumen

Intensidade luminosa: candela
O que é a difração da luz?

É o fenômeno que ocorre com as ondas quando passam por
um orifício ou contornam obstáculos de dimensões na ordem
de grandeza do seu comprimento de onda.

Para que ocorra a difração com a luz visível é necessária a
utilização de redes de difração (superfícies reflexivas ou
transparente onde são fritos vários sulcos, uns próximos aos
outros).

Exemplos da utilização de redes de difração para a luz
visível: quando olhamos um tecido de trama fina contra uma
fonte de luz distante ou observamos o reflexo num CD ou
olhamos para a Lua através de uma nuvem, percebemos
halos coloridos (os pequenos obstáculos são a trama, os
sulcos do CD ou as gotinhas de água).
EXERCÍCIOS
1) Uma folha V reflete apenas luz verde. Uma outra folha A
absorve todas as cores, exceto a amarela. Iluminando
ambas as folhas com luz branca e observando através de um
filtro vermelho:
a) ambas parecerão pretas
b) ambas parecerão vermelhas
c) ambas parecerão verdes
d) ambas parecerão brancas
e) a folha V parecerá amarela e a folha A parecerá verde
2) Um disco opaco de 20 cm de raio dista 0,50 m de
uma fonte puntiforme luminosa. Uma tela é colocada
1,50 m atrás do disco, de forma que a reta que passa
pela fonte e pelo centro do disco é perpendicular à
tela e esta é paralela ao disco. O diâmetro da sombra
do disco projetada na tela, em cm, vale:
a) 10
b) 20
c) 40
d) 80
e) 160
3) Um edifício iluminado pelos raios solares projeta
uma sombra de comprimento L = 72,0 m.
Simultaneamente, uma vara vertical de 2,50 m de
altura, colocada ao lado do edifício, projeta uma
sombra de comprimento ℓ = 3,00 m. Qual é a altura
do edifício?
a) 90,0 m
b) 86,0 m
c) 60,0 m
d) 45,0 m
e) nenhuma das anteriores
4) No passado, durante uma tempestade, as pessoas
costumavam dizer que um raio havia caído distante,
se o trovão devido a ele fosse ouvido muito tempo
depois; ou que teria caído perto, caso acontecesse o
contrário. Do ponto de vista da Física, essa
afirmação está fundamentada no fato de, no ar, a
velocidade do som:
a) variar como uma função da velocidade da luz.
b) ser muito maior que a da luz.
c) ser a mesma que a da luz.
d) variar com o inverso do quadrado da distância.
e) ser muito menor que a da luz.
5) A folha impressa de um livro apresenta
impressão de letras pretas sobre o fundo branco
do papel; isso facilita a leitura e a percepção da
escrita. O que ocorre com a luz ?
Ela:
a) é absorvida pela escrita e refratada pelo papel
branco;
b) é refletida pela escrita e absorvida pelo papel
branco;
c) é absorvida pela escrita e refletida pelo papel
branco;
d)é refletida igualmente pelas duas partes;
e) é refratada em graus diferentes pelas duas
partes.
6) O laser tem sido cada vez mais utilizado na medicina em inúmeras aplicações. Um
raio laser é monocromático, ou seja, é um feixe com uma única freqüência. Raios de
diferentes cores são usados, dependendo do efeito desejado e do tipo de tecido a ser
tratado. Aplicações incluem desde o corte cirúrgico de grande precisão até a remoção
de tatuagens, na qual os pigmentos coloridos sob a pele são pulverizados ao absorver
a luz e são eliminados pelo sistema imunológico. Nesses tipos de aplicações, o médico
deseja que a energia do laser seja absorvida ao máximo pelo tecido atingido, ou pelos
pigmentos das tatuagens.
Suponha que um médico dispões de um laser de argônio, que emite num comprimento
de onda de 450 nm e um laser de dióxido de carbono (CO2), que emite na faixa de 740
nm, ambos com a mesma potência. Na figura abaixo, está representado o espectro da
luz visível, com os comprimentos de onda correspondentes a cada cor.
Com base nessas informações e em seus
conhecimentos sobre a absorção da luz pelos
materiais, analise as seguintes afirmativas:
I. Se o médico deseja fazer um corte em um
tecido de cor vermelha é mais apropriado
usar o laser de argônio do que o de CO2.
II. Na remoção de tatuagens, os pigmentos
de cor preta são os mais fáceis de ser
pulverizados.
III. Um laser de cor branca é o mais indicado
para o corte cirúrgico.
Está(ão) correta(s) apenas a(s)
alternativa(s):
a) I, II e III
b) II e III
c) I e III
d) I e II
e) I
7) Um raio de luz, ao se refletir sobre uma superfície,
apresenta-se refletido difusamente. Isto mostra que:
a) a superfície refletora é plana
b) a superfície refletora é côncava
c) a superfície refletora absorve parcialmente a luz
incidente
d) a superfície refletora é rugosa
8) Com base em seus conhecimentos sobre Óptica Física e
Geométrica, analise as afirmativas abaixo.
I. Quando a luz passa do ar para o vidro, ocorre uma mudança no
seu comprimento de onda, fato que é explicado pelo fenômeno
da difração.
II. Reflexão, refração e absorção são fenômenos ondulatórios
que não podem ocorrer simultaneamente.
III. A cor de um feixe de luz monocromática não se altera
quando esse feixe passa de um meio transparente para outro.
IV. O fenômeno da difração ocorre com todas as ondas,
caracterizando-se pelo desvio da direção em que a onda se
propaga ao encontrar um obstáculo.
Dessas afirmativas, está(ão) correta(s) apenas
a) I, II e III.
b) I, III e IV.
c) I e II.
d) III e IV.
e) II e IV.
9) Uma pessoa avista um ponto mais alto de uma torre
mediante um ângulo visual a . Afastando-se uma
distância de 4 metros dessa torre, essa pessoa vê a
torre mediante um ângulo visual b.
Determine a altura (h) da torre, sabendo-se que:
a = 45º e tg b = 5/6.
a) 15 metros
b) 18 metros
c) 35 metros
d) 30 metros
e) 20 metros