Fís. Fís. Monitor: Leonardo Veras

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1 Professor: Leonardo Gomes Monitor: Leonardo Veras

2 Óptica geométrica 06 set RESUMO Princípios básico da propagação da luz O estudo da óptica geométrica esta ligado ao estudo da propagação do feixe luminoso. A propagação da luz segue três princípios básicos: Propagação retílinea da luz (em meios macroscopicos e homogêneos) Revesibilídade dos raios Independência dos raios O primeiro item diz que a onda é se propaga em linha reta em meios macroscopicos e homogêneos. Caso você faça o estudo da luz em meios microscopicos, verá que a luz tem um comportamento de uma onda tranversal. Caso o meio não seja homogêneo, você verá que a luz, ao trocar de meio, sofrerá uma refração. rua, se a primeira pessoa consegue observar a segunda, obrigatoriamente, a segunda também consegue observar a primeira. O terceiro item diz que a onda tem a sua trajetoria independente de outras fontes. Logo, se um feixe luminoso segue um caminho e encontra um outro feixe, os dois feixes seguiram o seu caminho óptico sem alteração na trajetoria. Formação de sombra e penumbra A sombra e a penumbra ser formadas através da interação entre uma fonte luminosa e um anteparo. Existem três tipos de anteparo: Opaco Translúcido Transparente O anteparo transparente é aquele que permite a passagem do feixe luminoso sem nenhuma alteração no feixe (espelhos planos). O translúcido permite a passagem do feixe, mas desfigura a formação da imagem que é observada (espelhos de banheiro). O opaco não permite a passagem do feixe de luz. Os anteparos opacos são os responsáveis pela formação de sombras e penumbras. Quando temos uma fonte puntiforme de luz e essa luz é propagada de modo a se chocar com o anteparo, teremos a formação de sombra, conforme a imagem.

3 O feixe luminoso puntiforme se propaga para todos os pontos de espaço, porem, é barrado pelo anteparo opoca, formando uma região onde não existe o feixe luminoso. Essa é a região de sombra. Quando temos uma fonte extensão (como aquelas lâmpadas em forma de bastão) temos a propagação da luz de modo que todos os pontos dessa fonte propagão luz, logo, tratamos a fonte extensa como infinitas fontes puntiformes de luz. Para identificar o caminho optico dessa fonte, usaremos as extremiades como forma de guiar a nossa construção. Com isso, teremos uma interação entre a fonte luminosa e o anteparo conforme a imagem abaixo. Quando temos uma fonte extensa de luz, utilizando as extremidades como fontes puntiformes, teremos três áreas: Uma área que terá luz vinda tanto da extremidade superior quanto a inferior (parte iluminada) Uma área que terá luz vinda só de uma das extremidades (parte da penumbra) Uma área que não terá luz vinda de ambas as extremidades (parte da sombra) Logo, Penumbra é uma área intermediaria entre a sombra e a luz. Fases da Lua Essa interação entre fonte luminosa e anteparo pode ser visto em diversos momentos do nosso dia-adia e um exemplo importante dessa relação são as fases da lua. Onde a fonte luminosa seria o nosso Sol e o amteparo seria a nossa Lua. A lua pode assumir 4 posições características nessa relação. OBS: A lua é um corpo iluminado, isso significa que ela brilha por que pe iluminada pela luz solar. Também podemos chama-lá de fonte secundaria de luz. De acordo com a imagem e lembrando as relações vistas a cima, vemos que a Lua cheia é a Lua em que a parte virada para a Terra fica iluminada pelos raios solares. Já a Lua nova é a Lua em que a parte virada para Terra não fica iluminada, isso faz com que a imagem que nos temos da Lua seja um grande ponto escuro. Já a Lua quarto crescente e quarto minguante nos permitem ver tanto a parte iluminada quanto a parte não

4 iluminada. Isso faz com que, para as pessoas que observam do hemisfério norte, a Lua tenha um formato de Outro dado importante relacionando as fases da lua é o horário em que essas fases pode aparecer. Lembrando que essas contas são feitas a partir de uma media. O ápice será o valor que ficara no meio e teremos um erro de 6h para montar a nossa margem do período em que essas fases podem aparecer. Lua cheia: 18h 24h 6h Lua nova: 6h 12h 18h Lua quarto crescente: 12h 18h 24h Lua quarto minguante: 24h 6h 12h Lembrando que isso é uma media. É interessante também observar que temos horarios de Lua durante o dia, você pode observar essas fases quando você esta na praia, por exemplo, em que você esta na praia de dia e existe um lua tímida. Coloração O formação de cores na física, como qualquer coisa que você enxerga, esta atrelado a óptica. O comportamento dos raios luminosos que trazem as informações das cores se da pela absorção de todas as cores oferecidas pelo feixe luminoso e a reflexão apenas da parte do feixe que representa essa cor. Ex: Você consegue enxergar uma imagem vermelha por que essa imagem, quando incidida pelo feixe luminoso, absorve todas as cores oferecidas por esse feixe e reflete a cor vermelho. Esse parte refletida chega ao seus olhos, fazendo que você observe aquela imagem vermelha. Esse comportamento acontece com quase todas as cores do expectro luminoso, mas temos duas cores que se destacam desse comportamento. A branco e o preto. O branco, diferente das demais, reflete todas as cores que são emitidas pelo feixe, logo, o branco é a mistura de todas as cores do expectro visivel. Já o preto é a absorção de todas as cores que são emitidas pelo feixe, logo, o preto tem essa forma por você não ter o retorno de nenhum feixe, por isso que quando você fecha os olhos, você enxerga o preto. Essa imagem ilustra um pouco dessa ideia EXERCÍCIOS DE AULA 1. A figura mostra um eclipse solar no instante em que é fotografado em cinco diferentes pontos do planeta.

5 Três dessas fotografias estão reproduzidas abaixo. As fotos poderiam corresponder, respectivamente, aos pontos: a) III, V e II c) II, IV e III e) I, II e V b) II, III e V d) I, II e III 2. Uma fonte luminosa projeta luz sobre as paredes de uma sala. Um pilar intercepta parte dessa luz. A penumbra que se observa é devida: a) ao fato de não se propagar a luz rigorosamente em linha reta b) aos fenômenos de interferência da luz depois de tangenciar as bordas do pilar c) ao fato de não ser pontual a fonte luminosa d) aos fenômenos de difração e) à incapacidade do globo ocular em concorrer para uma diferenciação eficiente da linha divisória entre luz e penumbra 3. Um pedaço de papel apresenta-se vermelho quando iluminado por uma luz monocromática vermelha e apresenta-se preto sob luz monocromática azul. Se o mesmo for visto à luz do dia, deverá apresentarse na cor: a) verde c) branca e) preta b) azul d) vermelha 4. Três feixes de luz, de mesma intensidade, podem ser vistos atravessando uma sala, como mostra a figura. O feixe 1 é vermelho, o 2 é verde e o 3 é azul. Os três feixes se cruzam na posição A e atingem o anteparo nas regiões B, C e D. As cores que podem ser vistas nas regiões A, B, C e D, respectivamente, são: a) branco, azul, verde, vermelho b) branco, branco, branco, branco c) branco, vermelho, verde, azul d) amarelo, azul, verde, vermelho e) amarelo, vermelho, verde, azul

6 5. Um grupo de pescadores pretende passar um final de semana do mês de setembro, embarcado, pescando em um rio. Uma das exigências do grupo é que, no final de semana a ser escolhido, as noites estejam iluminadas pela lua o maior tempo possível. A figura representa as fases da lua no período proposto. Considerando-se as características de cada uma das fases da lua e o comportamento desta no período delimitado, pode-se afirmar que, dentre os fins de semana, o que melhor atenderia às exigências dos pescadores corresponde aos dias a) 08 e 09 de setembro. b) 15 e 16 de setembro. c) 22 e 23 de setembro. d) 29 e 30 de setembro. e) 06 e 07 de outubro. EXERCÍCIOS DE CASA 1. No Brasil, verifica-se que a Lua, quando está na fase cheia, nasce por volta das 18 horas e se põe por volta das 6 horas. Na fase nova, ocorre o inverso: a Lua nasce às 6 horas e se põe às 18 horas, aproximadamente. Nas fases crescente e minguante, ela nasce e se põe em horários intermediários. Sendo assim, a Lua na fase ilustrada na figura acima poderá ser observada no ponto mais alto de sua trajetória no céu por volta de: a) meia-noite. b) três horas da madrugada. c) nove horas da manhã. d) meio-dia. e) seis horas da tarde 2. O porão de uma antiga casa possui uma estreita clarabóia quadrada de 100 cm 2 de área, que permite a entrada da luz do exterior, refletida difusamente pelas construções que a cercam. Na ilustração, vemos uma aranha, um rato e um gato, que se encontram parados no mesmo plano vertical que intercepta o centro da geladeira e o centro da clarabóia. Sendo a clarabóia a fonte luminosa, pode-se dizer que, devido à interposição da geladeira, a aranha, o rato e o gato, nesta ordem, estão em regiões de:

7 a) luz, luz e penumbra. b) penumbra, luz e penumbra. c) sombra, penumbra e luz. d) luz, penumbra e sombra. e) penumbra, sombra e sombra 3. O motorista de um carro olha no espelho retrovisor interno e vê o passageiro do banco traseiro. Se o passageiro olhar para o mesmo espelho verá o motorista. Esse fato se explica pelo: a) princípio de independência dos raios luminosos b) fenômeno de refração que ocorre na superfície do espelho c) fenômeno de absorção que ocorre na superfície do espelho d) princípio de propagação retilínea dos raios luminosos e) princípio da reversibilidade dos raios luminosos 4. A figura mostra a bandeira do Brasil de forma esquemática: Sob luz branca, uma pessoa vê a bandeira do Brasil com a parte I branca, a parte II azul, a parte III amarela e a parte IV verde. Se a bandeira for iluminada por luz monocromática amarela, a mesma pessoa verá, provavelmente: a) a parte I amarela e a II preta. c) a parte I branca e a II azul. b) a parte I amarela e a II verde. d) a parte I branca e a II verde. 5. Com a finalidade de produzir iluminação indireta, uma luminária de parede possui, diante da lâmpada, uma capa opaca em forma de meio cano. Nota: Na figura está representada a posição da lâmpada, escondida pela capa opaca da luminária. No teto, a partir da parede onde está montada a luminária, sabendo que esta é a única fonte luminosa do ambiente e que a parede sobre a qual está afixada essa luminária foi pintada com uma tinta pouco refletora, o padrão de iluminação projetado sobre esse teto é semelhante ao desenhado em:

8 a) b) c) d) e) 6. Em uma situação, ilustrada na figura 1, uma lâmpada e um observador têm, entre si, uma lâmina de vidro colorida. Em outra situação, ilustrada na figura 2, ambos, a lâmpada e o observador, encontramse à frente de uma lâmina de plástico colorida, lisa e opaca. Mesmo sendo a lâmpada emissora de luz branca, em ambas as situações o observador enxerga as lâminas como sendo de cor verde. Pode-se, então, afirmar que, predominantemente: a) o vidro reflete a luz de cor verde, absorvendo as outras cores, e o plástico transmite a luz de cor verde, absorvendo as outras cores. b) o vidro absorve a luz de cor verde, transmitindo as outras cores, e o plástico absorve a luz de cor verde, refletindo as outras cores. c) o vidro transmite a luz de cor verde, absorvendo as outras cores, e o plástico absorve a luz de cor verde, refletindo as outras cores. d) o vidro transmite a luz de cor verde, absorvendo as outras cores, e o plástico reflete a luz de cor verde, absorvendo as outras cores. e) o vidro absorve a luz de cor verde, transmitindo as outras cores, e o plástico reflete a luz de cor verde, absorvendo as outras cores.

9 QUESTÃO CONTEXTO Uma determinada montagem óptica é composta por um anteparo, uma máscara com furo triangular e três lâmpadas, L1, L2 e L3, conforme a figura a seguir. L1 e L3 são pequenas lâmpadas de lanterna e L2, uma lâmpada com filamento extenso e linear, mas pequena nas outras dimensões. No esquema, apresenta-se a imagem projetada no anteparo com apenas L1 acesa. O esboço que melhor representa o anteparo iluminado pelas três lâmpadas acesas é a) b) c) d) e)

10 GABARITO Exercícios de aula 1. a 2. c 3. d 4. a 5. d Exercícios de casa 1. e 2. d 3. e 4. a 5. a 6. d Questão Contexto d