FUNDAMENTOS DA ÓPTICA GEOMÉTRICA

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1 FUNDAMENTOS DA ÓPTICA GEOMÉTRICA

2 ÓPTICA GEOMÉTRICA: Parte da Física que descreve fenômenos luminosos a partir da noção de raio de luz, alguns princípios fundamentais e Geometria. LUZ: Dependendo do fenômeno estudado a luz se comporta como onda ou como partícula (natureza dual). Os dois modelos são necessários e se complementam (Princípio da complementaridade de Bohr). VELOCIDADE: A velocidade de propagação da luz no vácuo é aproximadamente igual a c = km/s = 3x10 5 km/s = 3x10 8 m/s.

3 RAIO DE LUZ RAIO DE LUZ: Linha orientada que representa, graficamente, a direção e o sentido de propagação da luz.

4 FEIXE DE LUZ FEIXE DE LUZ: Conjunto de raios de luz. Paralelo ou cilíndrico Exemplo: Raios do sol que atingem a superfície da Terra. Convergente ou cônico convergente Exemplo: Feixe que emerge de uma lupa. (lente convergente) Divergente ou cônico divergente Exemplo: Feixe que emerge da chama de uma vela.

5 FEIXE DE LUZ Paralelo Convergente Divergente

6 Feixe Paralelo Feixe Convergente

7 Feixe Divergente Feixe Divergente Feixe Paralelo Feixe Convergente Feixe Paralelo

8 FONTE DE LUZ FONTES DE LUZ 1) Fonte Primária ou Corpo Luminoso Possui luz própria. Emite a luz que produz. Exemplo: Sol, Estrelas, Lâmpada elétrica acesa etc. Curiosidade: De vaga-lumes a bactérias, uma grande variedade de espécies desenvolveu a capacidade de reproduzir luz própria a partir de processos químicos (Bioluminescência). Os motivos para esse comportamento vão desde a defesa contra predadores até a necessidade de atrair pares para acasalamento.

9 2) Fonte Secundária ou Corpo Iluminado Não Possui luz própria. Reflete a luz que recebe de outros corpos. Exemplo: Lua, parede, árvores etc.

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11 3) Fonte Pontual ou Puntiforme As dimensões da fonte de luz são desprezíveis em comparação com as distâncias que a separam de outros corpos. Exemplo: Uma estrela muito distante da Terra. (Obs.: O Sol, em relação à Terra, não é uma fonte pontual)

12 4) Fonte Extensa As dimensões da fonte de luz NÃO são desprezíveis em comparação com as distâncias que a separam de outros corpos. Exemplo: O sol em relação à Terra.

13 LUZ MONOCROMÁTICA OU SIMPLES: De uma só cor (frequência). Exemplo: Vermelho, Verde, Azul etc.

14 LUZ POLICROMÁTICA OU COMPOSTA: Resulta da superposição de cores diferentes (várias frequências). Exemplo: Luz Solar (Luz branca) BRANCO: V A A V A A V

15 Meios de Propagação da Luz Transparente Translúcido Opaco Meio Transparente: Nele a luz se propaga de maneira regular. Objetos são vistos com nitidez através desse meio. Exemplo: Vidro comum, ar, água em pequenas camadas. Meio Translúcido: Nele a luz se propaga de maneira irregular. Exemplo: Vidro fosco, o papel de seda, papel vegetal. Meio Opaco: Não permite a propagação da luz. Exemplo: Madeira, concreto.

16 Princípios da Óptica Geométrica 1) PRINCÍPIO DA PROPAGAÇÃO RETILÍNEA DA LUZ Nos meios homogêneos e transparentes, a luz se propaga em linha reta. A projeção da sombra de um corpo opaco (C) por uma fonte (F) sobre um anteparo (A) evidencia que a luz se propaga em linha reta.

17 2) PRINCÍPIO DA REVERSIBILIDADE DOS RAIOS DE LUZ A trajetória seguida pela luz independe do sentido de sua propagação. A trajetória do raio de luz de A até C é a mesma de C até A.

18 2) PRINCÍPIO DA REVERSIBILIDADE DOS RAIOS DE LUZ Duas pessoas se entreolhando por meio de um espelho.

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20 3) PRINCÍPIO DA INDEPENDÊNCIA DOS RAIOS DE LUZ Quando raios de luz se cruzam, cada um deles segue seu trajeto como se os outros não existissem.

21 Princípio da Propagação Retilínea: SOMBRA (Fonte Pontual) Fonte Pontual Sombra: Região não iluminada.

22 (UFG) Um feixe luminoso, partindo de uma fonte puntiforme, incide sobre um disco opaco de 10 cm de diâmetro. Sabendo-se que a distância da fonte ao disco corresponde a um terço da distância da fonte ao anteparo e que os planos da fonte, do disco e do anteparo são paralelos, pode-se afirmar que o raio da sombra do disco, projetada sobre o anteparo, é de: a) 15 cm b) 20 cm c) 25 cm d) 35 cm e) 40 cm. r = 5cm R =? 5 R = x 3x R = 53 x 3x R = 15cm

23 SOMBRA E PENUMBRA (Fonte Extensa) Fonte Extensa Penumbra: Região parcialmente iluminada.

24 SOMBRA E PENUMBRA (Fonte Extensa)

25 SOMBRA E PENUMBRA (Fonte Extensa) Penumbra Fonte Extensa Corpo Opaco Penumbra: Região parcialmente iluminada. Sombra

26 SOMBRA E PENUMBRA (Fonte Extensa) Fonte Extensa Fonte Extensa

27 Princípios da Propagação Retilínea: CÂMARA ESCURA DE ORIFÍCIO o i D d o: altura do objeto i d i: altura da imagem = D: distância do objeto ao orifício o D d: distância da imagem ao orifício

28 Princípios da Propagação Retilínea: CÂMARA ESCURA DE ORIFÍCIO

29 Princípios da Propagação Retilínea: CÂMARA ESCURA DE ORIFÍCIO o i D d i = o: altura do objeto i: altura da imagem Imagem: D: distância do objeto ao orifício Invertida o D d: distância da imagem Real ao orifício (Projetada) d

30 CÂMARA ESCURA DE ORIFÍCIO o i D d o: altura do objeto i: altura da imagem D: distância do objeto ao orifício d: distância da imagem ao orifício i = o d D

31 CÂMARA ESCURA DE ORIFÍCIO i D = o d o i i D = k(cte) D d i = k i = d D o D i e D são inversamente proporcionais

32 A COR DE UM CORPO POR REFLEXÃO A cor de um corpo por reflexão é determinada pelo tipo de luz que ele reflete difusamente. BRANCO: V A A V A A V

33 Exercício A bandeira do Brasil esquematizada na figura é confeccionada em tecidos puramente pigmentados: Estando estendida sobre uma mesa no interior de um recinto absolutamente escuro, a bandeira é iluminada por luz monocromática. Determine de que cores serão vistas as regiões designadas por 1, 2, 3 e 4 no caso de: a) a luz monocromática ser verde; b) a luz monocromática ser vermelha. a) 1 verde; 2 preta; 3 preta; 4 verde. b) 1 preta; 2 preta; 3 preta; 4 vermelha.

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35 O azul do céu De todas as componentes da luz solar, a violeta e, em seguida, a azul são as que sofrem maior difusão ao atravessarem a atmosfera terrestre. Assim, quando a luz percorre distâncias menores na atmosfera (por exemplo, ao meio-dia), são essas as componentes que chegam em maior proporção aos nossos olhos. Como eles são mais sensíveis à luz azul, enxergamos o céu azul. Ao nascer e ao pôr do sol, a luz vermelha é a que menos se difunde e portanto a que se propaga mais facilmente pela atmosfera. Então, ao atravessar uma espessura maior nesses períodos do que ao meio-dia, a luz solar que chega aos nossos olhos está subtraída da luz azul e das luzes que lhe são próximas, que foram difundias nas primeiras camadas da atmosfera. Assim, nesses períodos, vemos o céu avermelhado.

36 FASES DA LUA

37 FASES DA LUA

38 HORÁRIOS DA LUA

39 ECLIPSES

40 ECLIPSES ECLIPSES Eclipse Solar Eclipse Solar Total Lua Nova Eclipse Solar Parcial

41 Eclipse Solar Fonte Extensa Fonte Extensa

42 ECLIPSES ECLIPSES Eclipse Solar Anular Lua Nova Eclipse Solar Anular

43 ECLIPSES ECLIPSES Eclipse Lunar Lua Cheia

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46 Se o plano orbital da Lua coincidisse com o plano da eclíptica (órbita da Terra em torno do Sol), um eclipse solar ocorreria a toda Lua nova e um eclipse lunar a toda Lua cheia (2 por mês). Entretanto, o plano está inclinado 5,2 e, portanto, a Lua precisa estar próxima da linha de nodos (cruzando o plano da eclíptica) para que um eclipse ocorra. Entre dois e sete eclipses ocorrem anualmente. ECLIPSES DO SOL ECLIPSES DA LUA 15 Fev :52:33 Parcial do Sol 13 Jul :02:16 Parcial do Sol 11 Ago :47:28 Parcial do Sol 6 Jan :42:38 Parcial do Sol 2 Jul :24:07 Total do Sol 26 Dez :18:53 Anular do Sol 21 Jun :41:15 Anular do Sol 14 Dez :14:39 Total do Sol 31 Jan :31:00 Total da Lua 27 Jul :22:54 Total da Lua 21 Jan :13:27 Total da Lua 16 Jul :31:55 Parcial da Lua 10 Jan :11:11 Penumbral da Lua 05 Jun :26:14 Penumbral da Lua 05 Jul :31:12 Penumbral da Lua 30 Nov :44:01 Penumbral da Lua