Propagação da luz em um meio homogêneo

Introdução às Ciências Físicas
Módulo 1 – Aula 2
Propagação da luz em um meio homogêneo
Medo do escuro. Brincadeiras com a sombra das mãos criando formas
engraçadas numa parede. São experiências por que passamos muito cedo,
relacionadas com o que chamamos de luz. Aprendemos que a noite é escura e
o dia é claro, que no escuro (ou se fecharmos os olhos) não vemos. Mais tarde
descobrimos que, por meio de óculos, lupas, telescópios e outros instrumentos
ópticos, podemos mudar a maneira de ver coisas pequenas ou distantes.
Mas o que é a luz?
Hoje em dia, os físicos têm mais de uma resposta para essa pergunta!
De início, isso pode parecer estranho, mas a explicação é simples. Se olharmos
o mundo à nossa volta, muitas coisas estão acontecendo ao mesmo tempo; se
escolhermos uma dessas coisas, a luz, por exemplo, ela apresentará vários
comportamentos e tudo fica muito complicado de entender.
O que os cientistas fazem é escolher um dos comportamentos da luz e
construir um modelo para ele. Depois escolhem outro comportamento e fazem
outro modelo para este. Com os modelos, estudamos um comportamento
simples de cada vez, escrevemos relações matemáticas e fazemos previsões.
Para o físico, entender o que é a luz significa dispor de um conjunto de
modelos capazes de descrever seu comportamento em cada situação.
O primeiro modelo que construiremos serve para descrever o
comportamento da luz na brincadeira com a sombra das mãos, o
funcionamento de espelhos e lentes (de óculos, lupas etc.) e do olho humano.
Os físicos chamam esse modelo de óptica geométrica.
Quando ligamos uma lâmpada, acendemos uma vela ou quando a noite
termina, o ambiente se ilumina, deixa de ser escuro porque agora há uma fonte
de luz – a lâmpada, a vela, o Sol. Nesse modelo supomos que a luz sai da fonte
e se propaga em linha reta em todas as direções. Representamos isso
desenhando linhas (ou semi-retas), com origem na fonte, a que chamamos
raios luminosos. Desenhamos também uma flecha indicando para onde a luz
se propaga. Além disso, supomos que se um raio interceptar outro isso em
nada modifica suas trajetórias.
Na Figura 12, raios luminosos saem da fonte (representada por um
ponto), tangenciam uma bola e chegam até a parede. Os raios emitidos pela
fonte e situados entre esses dois pontos atingem a bola e não alcançam a
parede, criando nela uma região sem iluminação – a sombra. Se aproximarmos
a bola da fonte, como na Figura 13, o modelo prevê que a sombra se tornará
maior (experimente fazer isso, usando as mãos ou outro objeto iluminado por
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CEDERJ
Física
Por que usamos a
palavra óptica e não
ótica? Consulte o
glossário.
RAIOS
LUMINOSOS
SOMBRA
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uma vela ou pela lâmpada do teto). Se você fizer essa experiência descobrirá
que, ao aproximarmos o objeto da fonte, a sombra não apenas se torna maior
como também perde a nitidez. Será que o modelo explica isso?
Figura 12: Fonte puntiforme
Figura 13: Fonte puntiforme
Na Figura 14, a fonte não é mais representada por um ponto. Na
construção da sombra, os raios luminosos partem agora de vários pontos da
fonte, iluminando um pouco da região onde deveria haver apenas sombra,
formando a penumbra, em que as bordas da sombra perdem a nitidez. Nesse
caso dizemos que a fonte é extensa.
Refazendo o desenho da Figura 14, você verificará que pode-se
aumentar a nitidez das bordas e reduzir a penumbra simplesmente aumentando
a distância entre a bola e a fonte. Quando essa distância é grande em
comparação ao tamanho da fonte, a sombra fica nítida outra vez: é como se a
fonte tivesse voltado a ser um ponto. Quando isso acontece, qualquer que seja
o tamanho verdadeiro da fonte, dizemos que a fonte é puntiforme.
Figura 14: Fonte extensa
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Física
PENUMBRA
FONTE
EXTENSA
FONTE
PUNTIFORME