ÓTICA e ONDAS. Ótica estudo da luz e dos fenômenos luminosos em geral.

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1 1 ÓTICA e ONDAS Ótica estudo da luz e dos fenômenos luminosos em geral. Propagação Retilínea da Luz Observando os corpos que nos rodeiam, verificamos que alguns deles emitem luz, isto é, são fontes de luz, tais como, o Sol, uma lâmpada acesa, a chama de uma vela, etc. Outros não emitem luz, mas podem ser vistos porque são iluminados pela luz proveniente de alguma fonte. Um dos fatos que podemos observar facilmente sobre o comportamento da luz é que, quando ela se propaga em um meio homogêneo, a sua propagação é retilínea. Isto pode ser constatado quando a luz do Sol passa através da fresta de uma janela, penetrando em um quarto escuro. Sabendo que a luz se propaga em linha reta, podemos determinar o tamanho e a posição da sombra de um objeto sobre o anteparo. Na figura 1, por exemplo, uma pequena lâmpada emite luz que se propaga em linha reta em todas as direções. Um objeto opaco colocado entre a fonte e um anteparo, interrompe a passagem de parte desta luz, originando a sombra. O contorno desta sombra é definido pelas retas que saem da fonte e tangencial o objeto. Figura 1: Formação da sombra de um objeto iluminado por uma pequena lâmpada.

2 2 Raios e Feixes de Luz Consideremos uma fonte que emite luz em todas as direções. As direções em que a luz se propaga podem ser indicadas por meio de linhas, como mostra a figura 2. Essas linhas são denominadas raios de luz. Figura 2: Os raios luminosos indicam as direções de propagação da luz. Na figura 3a estamos apresentando uma parte dos raios de luz que são emitidos por uma fonte. Este conjunto de raios constitui um feixe luminoso divergente. Este feixe divergente, depois de passar por alguns processos, pode se transformar em um feixe convergente (figura 3b), ou em um feixe de raios paralelos (figura 3c). Figura 3: Os feixes luminosos podem ser constituídos por raios divergentes, convergentes e paralelos.

3 3 Uma importante propriedade da luz é a independência que se observa na propagação dos raios ou feixes luminosos. Após dois feixes se cruzarem, eles seguem as mesmas trajetórias que iriam seguir se não tivessem se cruzado, isto é, um feixe não perturba a propagação do outro. Por este motivo, vários observadores em uma sala enxergam nitidamente os objetos aí existentes, apesar de os raios luminosos que levam as imagens a seus olhos estarem se cruzando. - A Velocidade da Luz O valor da velocidade da luz no vácuo é: c = 3 x 10 8 m/s isto é, c = km/s. Para se ter idéia do significado deste valor, podemos ressaltar que, se um objeto possuísse esta velocidade, ele poderia dar cerca de 7,5 voltas ao redor da Terra em apenas 1 segundo. - Reflexão da Luz - Reflexão Consideremos um feixe luminoso que se propaga no ar e incide na superfície lisa de um bloco de vidro (figura 4). É um fato conhecido que, em virtude de ser o vidro transparente, parte da luz penetra no bloco, mas a outra parte da luz volta a se propagar no ar. Dizemos que a porção do feixe que voltou a se propagar no ar sofreu reflexão, ou seja, parte da luz se refletiu ao encontrar a superfície lisa do vidro. O feixe de luz que se dirige para a superfície é denominado feixe incidente e o feixe devolvido pela superfície refletora é o feixe refletido (figura 4). Figura 4: Um feixe luminoso sofrendo reflexão ao encontrar uma superfície lisa.

4 4 - Difusão da Luz Suponha que um feixe de luz incida em uma superfície irregular (figura 5). Nesse caso, cada pequena porção da superfície reflete a luz numa determinada direção e, consequentemente, o feixe refletido não é bem definido, observando-se o espalhamento da luz em todas as direções. Dizemos, então, que ocorreu uma reflexão difusa ou, em outras palavras, houve difusão da luz pela superfície. Figura 5: Um feixe luminoso sofrendo reflexão ao encontrar uma superfície irregular. A maioria dos corpos reflete difusamente a luz que incide sobre eles. - As Leis da Reflexão Na figura 6 mostramos um raio luminoso que incide no ponto P de uma superfície refletora. Traçando a normal a esta superfície no ponto P(NP), vemos que ela e o raio incidente determinam um plano (este plano é o da folha de papel). A experiência nos mostra que a reflexão ocorre de tal maneira que o raio refletido está sempre contido neste mesmo plano. Portanto, na figura 6, o raio refletido, assim como o raio incidente e a normal NP, estarão todos situados no plano da folha de papel. Esta observação experimental é conhecida como a 1 lei da reflexão.

5 5 Figura 6: quando um raio de luz se reflete, o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão. O ângulo i, que o raio incidente forma com a normal, é denominado ângulo de incidência e o ângulo r, formado pela normal e pelo raio refletido, é o ângulo de reflexão. A medida desses ângulos, em uma experiência de reflexão, pode ser feita facilmente é, assim, foi possível verificar, que eles são sempre iguais entre si. Esta conclusão de que, na reflexão da luz, tem-se i = r, é conhecida como a 2 a lei da reflexão. Temos, então, em resumo. As leis da reflexão 1 a o raio incidente, a normal à superfície refletora no ponto de incidência e o raio refletido estão situados em um mesmo plano. 2 a o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão (i = r).

6 6 Exemplo: Uma pessoa faz com que um estreito feixe luminoso incida perpendicularmente à superfície do espelho (figura 7). a)qual é o valor do ângulo de incidência? Como o ângulo de incidência é formado pelo raio incidente e a normal, é claro que, i = 0, pois o feixe está incidindo ao longo da normal. b)qual é a direção do feixe refletido? Como, na reflexão da luz, temos sempre i = r, teremos, neste caso, r = 0. Isto significa que o feixe refletido voltará dirigido também ao longo da normal. Exercícios 1 A maioria dos objetos que nos rodeiam (paredes, árvores, pessoas, etc) não são fontes de luz. No entanto, podemos enxergá-los qualquer que seja nossa posição em torno deles. Por quê? 2 A figura deste exercício mostra um raio de luz incidindo em uma superfície refletora (NP é a normal à superfície). a)trace, em uma cópia da figura, a posição aproximada do raio refletido. b)mostre, em seu desenho, o ângulo de reflexão r. c)se i=32, qual é o valor de r?

7 7 3 Considere um raio luminoso que incide sobre uma superfície refletora da maneira indicada na figura deste exercício. a)trace, em uma cópia da figura, a normal à superfície no ponto de incidência. b)qual é o valor do ângulo de incidência? c)qual será o valor do ângulo de reflexão? d)desenhe, então, na cópia da figura, a direção do raio refletido. 4 Responda às mesmas questões do exercício anterior, considerando agora a figura deste exercício.

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