ÓPTICA GEOMÉTRICA

FÍSICA
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Do grego, que significa natureza, pois nos primórdios eram
estudados aspectos do mundo animado e inanimado.
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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).
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Identifica a trabalha com as leis básicas que regem o universo.
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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.
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).
Estrutura do olho humano