Óptica Geométrica

Fontes primárias
• As fontes primárias são aquelas que
possuem luz própria. São chamadas
também de corpos luminosos.
Fontes Secundárias
• As fontes secundárias são aquelas
que refletem a luz proveniente de
uma fonte primária. São chamadas
também de corpos iluminados.
Raio e Feixe de Luz
• Os raios de luz são representados por
vetores. E um conjunto desses raios é
chamado de feixe de luz.
• Existem três tipos de feixes.
Meios de Propagação da
luz
• Meio Transparente:
Meio Translúcido:
Meio Opaco:
Princícpios da Óptica
Geométrica.
1º-Princípio da Propagação
retilínea de um raio de luz
Em um meio transparente, homogêneo e
isotrópico a luz se propaga em linha reta.
Laser
2º-Princípio da reversibilidade
de um raio de luz
Quando a luz se desloca entre dois pontos, o
caminho percorrido é o mesmo,independente do
sentido
3º-Princípio da independência
de um raio de luz
Quando dois(ou mais) raios luminosos se
cruzam, cada um segue o seu modo de
propagação sem interferir na direção de
propagação do outro.
A cor de um corpo
• A cor de um corpo depende da luz que é
refletida por ele.
Por exemplo o livro da figura abaixo quando
iluminado por luz branca absorve todas as cores com
excessão da luz vermelha que é refletida:
Luz
Branca
Somente a luz
vermelha é
refletida
Exemplos:
Luz
branca
A camisa
reflete a luz
vermelha
O calção reflete
a luz azul
Luz
branca
Luz
Branca
Luz
vermelha
Enxergamos a camisa
vermelha
Enxergamos o
calção preto
Luz
Azul
Enxergamos a camisa
preta
Enxergamos o
calção azul
Leis da Reflexão
Ângulo de Incidência = Ângulo de reflexão
Normal
Raio refletido
Raio incidente
Ângulo de
incidência
Ângulo de
reflexão
Espelho
Espelhos planos
CONSTRUÇÃO GEOMÉTRICA DA IMAGEM DE UM PONTO
r
i



 Para um o objeto real a imagem será virtual.
 O objeto e a imagem são simétricos
(eqüidistantes) em relação ao espelho.
Espelhos planos
• A imagem é direita (direta), do mesmo tamanho,
simétrica em relação ao objeto.
• A imagem e o objeto são figuras contrárias
(ENANTIOMORFAS).
Campo visual de um espelho
plano
 Corresponde a toda região
consegue ver por reflexão.
que
um
observador
O
Campo
Visual
depende da posição
do observador e é
tanto maior quanto
mais
próximo
do
espelho estiver o
observador.
Espelhos Esféricos
São calotas esféricas que podem ser espelhadas
tanto na parte interna como na parte externa.
Principais elementos de um
Espelho Esférico
C – Centro de Curvatura
F – Foco
V – Vértice
C
F
V
Eixo principal
Distância CV é o dobro da
distância FV.
Principais raios notáveis em um
Espelho Esférico
a) Todo o raio que incidir paralelamente ao eixo principal
de um espelho esférico é refletido na direção do foco.
C
F
V
C
F
V
b) Todo o raio que incidir na direção do foco será
refletido paralelamente ao eixo principal do espelho.
C
F
V
C
F
V
c) Todo o raio que incidir na direção do centro do espelho
será refletido sobre ele mesmo.
C
F
V
C
F
V
d) Todo o raio que incidir na direção do vértice do
espelho terá o ângulo de incidência formado com o eixo
principal igual ao ângulo que o raio refletido forma com
esse eixo.
C
F


V
C
F
V


Características das imagens
fornecidas por um espelho côncavo
• O objeto encontra-se
antes do centro.
C
F
V
Imagem
•
•
•
•
Real
Invertida
Menor
Entre C e f
• O objeto encontra-se em C.
Imagem
•
•
•
•
C
F
V
Real
Invertida
Igual
em C
• O objeto encontra-se entre C e F.
Imagem
•
•
•
•
C
F
V
Real
Invertida
Maior
Antes de C
• O objeto encontra-se em F.
Imagem
• Imprópria
Localizada no
infinito.
C
F
V
• O objeto encontra-se entre F e v.
C
F
V
Imagem:
•
•
•
•
Virtual
Direita
Maior
Atrás do
espelho
Característica da imagem fornecida
por um espelho convexo
• Caso único.
C
F
V
Imagem
• Virtual
• Direita
• Menor
Equação da nitidez de Gauss
Convenção de sinais.
(  ) Espelho Côncavo
f :
( ) Espelho Convexo
(  ) Imagem Real
di : 
( ) Imagem Virtual
d o : ( ) Objeto Real
1 1 1
 
f di do
Lembre-se sempre...
“Toda imagem real é invertida
em relação ao objeto e viceversa.
Toda imagem virtual é direita em
relação ao objeto e vice-versa.”
E só é possível projetar imagens
reais!
Refração da luz
Refração é a passagem da luz de um meio para
outro.
Observamos que, quando um raio de luz incidente for
oblíquo, a refração é acompanhada de desvio de direção,
o que não acontece se a incidência do raio for
perpendicular.
Índice de Refração absoluto de
um meio (n)
c
n
v
c  3.10 m / s
8
v  c n 1
Onde:
C – Velocidade da luz no vácuo
v – Velocidade da luz no meio considerado
Leis da refração
Raio
incidente
Normal
θi
Raio
refletido
θi
ni
nr
θr
Raio
refratado
O raio incidente, a
reta normal à
superfície que
separa os meios e o
raio refratado
pertencem ao
mesmo plano.
ni .seni  nr .sen r
Lei de Snell-Descartes
Observação:
a) Quando um raio de luz passa de um meio menos
refringente para outro mais refringente o raio refrato
é aproximado da reta normal.
Normal
i
r
Observação:
b) Quando um raio de luz passa de um meio mais
refringente para outro menos refringente o raio
refrato é afastado da reta normal.
Normal
i
r
Observação:
c) Se o raio de luz incidir perpendicularmente à
superfície que separa os meios sofre refração sem
sofrer desvio em sua trajetória.
Normal
i=0º
Raio
incidente
I
R
r=0º
Raio
refratado
Dioptro Plano
nObservador
nObjeto
P’
P
Posição aparente dos astros
• A densidade do ar diminui com a altura. Observe
esquema a seguir:
Imagem
Objeto
Dispersão da luz
Luz
Branca
v
Prisma
Atenção!!!
No vácuo as ondas eletromagnéticas
apresentam a mesma velocidade.
C=3.108m/s
•
•
•
•
•
•
•
Vermelho
Laranja
Amarelo
Verde
Azul
Anil
Violeta
n
Arco íris
Reflexão total da luz
N
nmenor
.
L L
N

θ θ
nmaior
Fonte
de luz
Aplicação da reflexão total
Fibra Ótica
Funcionamento da Fibra
Ótica
ar
i>L
casca
núcleo

casca
ar
Miragem
Aplicações:
Lentes Esféricas
•Classificação.
•Lentes com bordas finas.
Biconvexa Plano-convexa
Côncava-convexa
Símbolo
•Lentes com bordas espessas.
Bicôncava
Plano-côncava
Convexa-côncava
Símbolo
Atenção!!!
Bordas Finas
Bordas espessas
nL>nmeio
Convergente
Divergente
nL<nmeio
Divergente
Convergente
Principais elementos de uma
Lente Esférica
Eixo Principal
C
F
CO F´
C´
C’
C = centro principal
F = Foco Principal
C´ = centro Antiprincipal
F´ = Foco Antiprincipal
CO = Centro Óptico
F’
F
C
Principais raios notáveis de uma
Lente Esférica
Eixo Principal
C
F
CO F´
C´
C’
F’
F
C
Características das imagens
fornecidas por uma Lente
Convergente
• O objeto encontra-se antes de C.
A imagem é:
• Real
• Invertida
• Menor
C
F
F´
C´
• O objeto encontra-se em C.
A imagem é:
•Real
•Invertida
•Mesmo Tamanho
F´
C
F
C´
• O objeto encontra-se entre C e F.
A imagem é:
• Real
• Invertida
• Maior
F´
C
F
C´
• O objeto encontra-se em F.
A imagem é Imprópria
Localizada no Infinito
F´
C
F
C´
• O objeto encontra-se entre F e C.O.
A imagem é:
• Virtual
• Direita
• Maior
F´
C
F
C´
• Caso único.
Características das imagens
fornecidas por uma Lente
Divergente
A imagem é:
•Virtual
•Direita
•Menor
C´
F´
F
C
O olho Humano
Esclerótida
Músculos
Ciliares
Córnea
Íris
Pupila
Humor
Aquoso
Cristalino
Humor
Vítreo
Retina
Nervo
Óptico
Íris
Controla a entrada de luz no globo
Ocular (é o “diafragma” da máquina)
Pupila normal
Púpila
Pupila dilatada
(Midríase)
É o orifício localizado no centro da
íris. Abertura controlada por
Músculo liso
•Miopia
Defeitos da visão.
• A miopia se caracteriza pela dificuldade de
enxergar objetos muito distantes, ou seja,
no infinito.
• A imagem se forma antes da retina.
• Correção
• Como a imagem se
forma antes da retina é
preciso divergir os
raios de luz vindos
desse objeto para que
o cristalino consiga
convergir sobre a
retina.
• A lente capaz de
divergir os raios é a
lente de bordas
grossas.
Hipermetropia
• A hipermetropia se caracteriza pela
dificuldade de enxergar objetos próximos,
ou seja, a partir do ponto próximo ao olho.
• A imagem se forma depois da retina.
• Correção
• Como a imagem se
forma depois da retina
é preciso convergir os
raios de luz vindos
desse objeto para que
o cristalino consiga
convergir sobre a
retina.
• A lente capaz de
convergir os raios é a
lente de bordas finas.
Presbiopia
•
À medida que as pessoas envelhecem, o
cristalino se torna menos flexível e sua
capacidade de acomodação de reduz. Tanto o
presbíope como o hipermétrope não enxergam
bem a pequenas distâncias, isto é, seus pontos
próximos estão a distâncias superiores a 25 cm.
•
A lente corretora para um presbíope é a
mesma, portanto, que para um hipermétrope.
Astigmatismo
•
Uma curvatura irregular da córnea ou uma
forma irregular do cristalino produz uma imagem
distorcida e/ou borrada na retina.
•
Sua correção não pode ser feita por uma
simples lente convergente ou divergente, mas
deve ser feita por meio de um lente cilíndrica
cuja convergência é maior numa direção que em
outra.
Estrabismo
O estrabismo é um defeito que se manifesta quando os
olhos se movimentam em direções diferentes e não
conseguem focalizar juntos o mesmo objeto. Ele pode ser
causado por diferenças acentuadas nos graus de miopia
ou hipermetropia dos dois olhos, por desenvolvimento
insuficiente ou desigual dos músculos que os movem, ou
ainda por algum problema do sistema nervoso central
Catarata
Catarata é a opacificação de uma lente que nós temos dentro
do olho - o cristalino. Conforme essa lente vai deixando de ser
transparente, a visão vai se tornando embaçada, podendo
chegar a cegueira.
Aulas de literatura para UFRGS,
Fundação e Universidades do
interior do estado