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Ótica Geométrica
Um pouco sobre História sobre a Luz
Profa. Marisa Cavalcante (PUC/SP)
[email protected]
Aristóteles (384 a.C. - 322 a.C.)
Ele pregava que a luz, ao bater nos
objetos, retirava deles uma microscópica
camada superficial de átomos que, ao
serem projetados, acabavam atingindo
nossos olhos permitindo assim que
víssemos o mesmo.
Problemas:
- Desgaste que os objetos sofreriam ao
serem iluminados
- As imagens embaralhadas que
deveríamos formar devido às colisões de
átomos de dois objetos, etc.
Sobre o segundo problema, Aristóteles até tentou se defender
alegando que, o que ocorria fora do corpo, era exatamente o que sua
hipótese sugeria e que tais imagens irreais não eram percebidas
pelas pessoas pois, quando a luz entrava por nossos olhos, a "alma
humana" a recebia e só repassava ao cérebro as imagens corretas
OS ANTIGOS FILÓSOFOS GREGOS NÃO
ESTABELECIAM DIFERENÇA ENTRE A LUZ E A VISÃO
Os seres vivos têm uma tênue chama dentro dos olhos
Acreditavam que de dentro dos olhos projetavam-se raios de
luminosos que tateavam os objetos e retornavam aos olhos trazendo
consigo informações que, ao serem interpretadas pelo cérebro,
acabavam gerando a sensação visual.
ALHAZEN
(965 -1040 DC)
Explicando enxergamos porque a luz
atinge os objetos e chegam aos nossos
olhos.
Escreveu numerosas obras notáveis
pelo estilo e pelas observações sobre
os fenômenos da refração da luz, com
especial incidência na refração
atmosférica ao nascer e ao pôr do Sol.
ROGER BACON (1214-1294 DC)
Seus avanços nos estudos da Óptica
possibilitaram a invenção dos óculos
e seriam em breve imprescindíveis
para a invenção de instrumentos
como o telescópio e o microscópio
SÉCULO XVII E XVIII
Kepler
(1571-1630)
Construção de telescópios, publicou o Dioptrics.
WILLEBRORD SNELL (1580-1626)
Físico holandês, nascido em 1580 e
falecido em 1626, que descobriu a
lei da refração em óptica. A ele se
deve também o método da
triangulação para determinar
distâncias.
RENÉ DESCARTES(1596-1650)
Publicou pela primeira vez a
formulação da lei de refração em
termos de senos
PIERRE DE FERMAT (1610-1665)
Deduziu a lei de reflexão com
base no seu principio de
tempo mínimo
FRANCESCO MARIA GRIMALDI(16181663)
Observou faixas de lua no
interior da zona de sombra de
uma vara exposta a uma pequena
fonte luminosa. Difração
ROBERT HOOKE (1635-1703)
Observou padrões de interferência
coloridos gerados por películas
Sugeriu que a luz fosse considerada
associada a um rápido movimento
oscilatório do meio, propagando-se a
grande velocidade.
Propôs que qualquer impulso ou
vibração de um corpo gera uma esfera
ISAAC NEWTON (1642-1727)
Primeira pedra na teoria ondulatória
Propõe a teoria corpuscular para
explicar a dispersão da luz em um
prisma. Explica porque a luz caminha
em linha reta.
Publicou o Opticks, na qual expõe suas
teorias anteriores e a natureza
corpuscular da luz, assim como um
estudo detalhado sobre fenômenos como
refração, reflexão e dispersão da luz.
CHRISTIAAN HUYGENS (1629-1695)
Defensor da teoria ondulatória
da luz. Explicou leis da reflexão,
refração, dupla refração na
calcite. Descobriu a polarização
O grande peso da opinião de Newton
abafou a teoria ondulatória durante o
século XVIII, silenciando todos menos os
seus defensores mais acérrimos.
SÉCULO XIX
Thomas Young ( 1773-1829)
Fez renascer a teoria ondulatória:
Incorporou um novo conceito: a
interferência, explicou as franjas
coloridas observadas em películas (
Hooke) e determinou o comprimento
de onda de varias cores.
Foi severamente atacado com
observações do tipo suas
comunicações são destituídas de
qualquer espécie de mérito
AUGUSTIN-JEAN FRESNEL ( 1788-1827)
Unificou os conceitos inerentes a
descrição ondulatória de Huygens e ao
principio de interferência.
Supunha no entanto que as ondas eram
longitudinais como o som.
Desenvolveu os seus trabalhos em o
conhecimento dos trabalhos de Young.
Assim que soube escreveu a Young
dizendo-se consolado por estar em tão
boa companhia. E tornaram-s aliados
Até então para estes defensores, a luz tinha um
comportamento ondulatório e para se propagar precisava
de um meio que era o éter. Era considerada como uma
onda longitudinal, como o som.
Young, François Arago e Fresnel desenvolveram vários
trabalhos juntos mas não conseguiam explicar uma série de
observações experimentais, principalmente a polarização
considerando a, luz como onda longitudinal, foi ai que Young
sugere que a vibração do éter poderia ser transversal como
uma onda numa corda
Mas até 1825 a teoria ondulatória ainda tinha poucos
defensores
HIPPOLYTE FIZEAU ( 1819-1896)
Fez a primeira medida da
velocidade da luz em 1849
ELETRICIDADE E MAGNETISMO
Michael Faraday (1791-1867)
Estabeleceu a relação entre o
eletromagnetismos e a luz ao
descobrir que a direção de
polarização de um feixe podia ser
alterada por um campo magnético
intenso
JAMES CLERK MAXWELL ( 1831-1879)
Conciliou todos os conhecimentos
experimentais acumulados sobre os
fenômenos elétricos e magnéticos
num único conjunto de equações.
A luz é uma perturbação
eletromagnética que sob a forma de
ondas se propaga no éter.
HEINRICH RUDOLF HERTZ (1857-1894)
Confirmou a existência de ondas
eletromagnéticas, produzindo-as e
detectando-as ao longo de uma
extensa serie de experiências
publicadas em 1888.
FIM DA ERA DO ÉTER
Albert Abraham Michelson ( 1852-1931)
Prova de que nem sempre resultados não
satisfatórios significa erros .
Depois de muitas tentativas com o auxílio do
químico Edward Williams Morley, não
conseguiram detectar através da luz
nenhum movimento da terra em relação ao
éter. Michelson sempre considerou que seus
testes e resultados foram um fracasso,
mesmo no final da vida ele não conseguia
acreditar que a luz não fosse uma onda se
propagando no éter.
HENRI POINCARÉ (1854-1912)
Foi talvez o primeiro a
compreender todas as verdadeiras
implicações dos resultados dos
experimentos de Mchelson-Morley.
“O éter existirá na realidade? Não
acredito que observações mais
precisas possam alguma vez
revelar algo mais do que
movimentos relativos”
ALBERT EINSTEIN ( 1879-1955)
Em 1905 apresentou a teoria da
relatividade restrita em que rejeitava
a existência do éter.
“A introdução de “um éter” será
supérflua uma vez que o ponto de vista
aqui desenvolvido não requer sequer
um espaço em repouso absoluto”
A luz se propaga no vazio com uma
velocidade bem definida c,
independente do estado do emissor.
Os físicos tinham que se habituar com a idéia de
que as ondas eletromagnéticas podiam se
propagar através do espaço livre. A luz agora é
encarada como uma onda que se auto-sustenta e
agora a ênfase conceitual passava do éter para o
campo.
A onda eletromagnética se tornou uma entidade
própria.
Velocidade de propagação = 3 x 10 8 m/s
300.000 Km/s !!!
Aproximadamente 7 voltas e meia ao redor do planeta em 1 segundo
l
c= lf
Simulação sobre ondas eletromagnéticas (clique aqui)
VOCÊ PENSA QUE ACABOU????
Estamos só começando!!!
MAX PLANCK (1858-1947)
Estudando a radiação térmica emitida
por um corpo negro.
Propõe que a Energia da radiação seja
dada por
E=hf
h constante de Planck = 6,6 x 10-34 j.s
Para um ajuste matemático
ROBERT ANDREWS MILLIKAN (18581953)
Resultados experimentais sobre o
Efeito Fotoelétrico,mostra que a
energia cinética dos elétrons depende
da freqüência da radiação e não da
intensidade conforme a teoria
ondulatória previa.
NASCE O FÓTON E O COMPORTAMENTO
CORPUSCULAR PARA A LUZ
Fóton concentra a energia e a
radiação carrega estes
pacotes de energia igual a hF
E=hF
COMPORTAMENTO DUAL PARA A LUZ
Onda -------- fenômenos de interferência e difração
Corpúsculo.... A existência do Fóton para explicar a interação
ÓTICA GEOMÉTRICA
A luz é tratada com um feixe luminoso que se propaga em linha reta (raio de
luz)
Os obstáculos que a luz atravessa são bem maiores que o comprimento de
onda da luz e o que se tem são apenas sombra e penumbra. Não há difração
Considerando a teoria corpuscular, um raio é simplesmente a trajetória
retilínea que um corpúsculo de luz percorre
Considerando a teoria ondulatória, um raio é uma linha imaginária na
direção de propagação da onda, ou seja, perpendicular à frente de onda
PRINCÍPIOS DA ÓTICA GEOMÉTRICA
Nos meios homogêneos e transparentes a luz se propaga em linha reta.
A propagação da luz independe da existência de outros raios de luz na
região que atravessa
A trajetória seguida pelo raio luminoso independe do sentido do percurso.