ÓPTICA GEOMÉTRICA. Prof. Henrique Dantas

Transcrição

1 ÓPTICA GEOMÉTRICA Prof. Henrique Dantas 2017

2 Conceitos Básicos Luz: A luz é uma forma de energia radiante, ou seja, se propaga na forma de onda eletromagnética; No vácuo apresenta uma velocidade c = m/s ( Km/s); Podemos classificar a energia radiante ou radiação da seguinte forma: Radiação Invisível Visível (LUZ) Assim, podemos também definir a luz como sendo um agente físico que, atuando nos órgãos visuais, produz a sensação de visão.

3 Conceitos Básicos Raio de Luz: O raio de luz é um segmento de reta orientado cuja função é indicar a direção e o sentido de propagação da luz. Os raios de luz propagam-se sempre da fonte luminosa para o observador.

4 Feixes de Luz: Conceitos Básicos O conjunto de raios de luz é chamado de feixe de luz ou feixe luminoso e pode ser classificado da seguinte maneira:

5 Feixes de Luz: Conceitos Básicos Holofote Feixe cilíndrico paralelo

6 Feixes de Luz: Conceitos Básicos Farol Feixe cônico divergente

7 Feixes de Luz: Conceitos Básicos Lupa Feixe cônico convergente

8 Fontes de Luz: Conceitos Básicos Quanto à NATUREZA as fontes de luz podem ser: PRIMÁRIA (CORPO LUMINOSO): quando a luz é emitida pelo corpo, ou seja, o corpo produz a própria luz. Como exemplos podemos citar o Sol, uma lâmpada acesa, a chama de uma vela e etc.

9 Fontes de Luz: Conceitos Básicos Quanto à NATUREZA as fontes de luz podem ser: SECUNDÁRIA (CORPO ILUMINADO): quando a luz é refletida pelo corpo, ou seja, o corpo reenvia para o meio a luz proveniente de uma fonte primária.

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11 OBSERVAÇÃO Conceitos Básicos LUMINESCÊNCIA Corresponde à emissão de uma radiação visível (ou de uma radiação eletromagnética de comprimento de onda próximo) por um modo de excitação diverso da excitação térmica. Pode ocorrer por FLUORESCÊNCIA ou FOSFORESCÊNCIA. FLUORESCÊNCIA Capacidade de uma substancia de emitir luz quando exposta a radiações do tipo raios ultravioleta (UV), raios catódicos ou raios X. As radiações absorvidas (invisíveis a olho humano) se transformam em luz visível. FOSFORESCÊNCIA Capacidade que uma espécie química tem de emitir luz, mesmo no escuro

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13 Conceitos Básicos

14 Conceitos Básicos Fluorescente: uma substância assim absorve energia da luz fornecida por determinada fonte e emite radiação visível, porém, quando o fornecimento de energia acaba, a emissão da radiação para imediatamente. O nome desse fenômeno veio do fato de que ele foi observado emummineral denominado fluorita.

15 Conceitos Básicos

16 Conceitos Básicos Fosforescente: Da mesma forma que ocorre na fluorescência, na fosforescência, uma substância emite radiação visível porque absorve energia da luz fornecida por determinada fonte. Entretanto, nesse caso, mesmo depois que o fornecimento de energia parou, a substância fosforescente continua por algum tempo emitindo luz visível. Esse tempo pode variar desde frações de segundos até dias. Esse fenômeno recebeu esse nome porque o elemento fósforo e outros materiais são usados em objetos feitos para brilharem no escuro.

17 Conceitos Básicos As pulseiras de neon são compostas por uma ampola de vidro cheia de água oxigenada, envolta por uma bastão de plástico cheio de luminol. Quando a pulseirinha é dobrada você esta quebrando a ampola de vidro e misturando as duas soluções. Quando o luminol entra em contato com a água oxigenada ele começa a oxidar e a emitir luz num processo de quimioluminescência, onde se emite luz sem se emitir calor

18 OBSERVAÇÃO Conceitos Básicos BIOLUMINESCÊNCIA Nesse fenômeno ocorre uma reação química em que a energia química é transformada em energia luminosa e o organismo vivo produz e emite luz. (produzida independente de uma fonte externa)

19 Fontes de Luz: Conceitos Básicos Quanto à FORMA (ou TAMANHO) as fontes de luz podem ser: PONTUAL (PUNTIFORME): quando as dimensões da fonte são desprezíveis quando comparadas às distâncias aos corpos iluminados e às dimensões do mesmo. EXTENSA: quando as dimensões não podem ser desprezadas. O Sol, por exemplo, é uma fonte extensa em relação à Terra.

20 Fontes de Luz: Conceitos Básicos Quanto à EMISSÃO as fontes de luz podem ser: MONOCROMÁTICA: quando a fonte luminosa emite apenas uma cor.

21 Fontes de Luz: Conceitos Básicos Quanto à EMISSÃO as fontes de luz podem ser: POLICROMÁTICA: quando a fonte emite várias cores.

22 Conceitos Básicos Ano-Luz: O ano-luz é uma unidade de comprimento utilizada para medições astronômicas. A medida de 1 ano-luz corresponde à distância percorrida pela luz no intervalo de 1 ano. Considerando que no vácuo a luz se propaga a uma velocidade de 3 x 10 5 km/s temos: V = d/t d = V. t d = 3 x 10 5 x ano: 365 dias x 24 h x 60min x 60 s s d = 9,46 x km

23 Conceitos Básicos Meios de propagação Transparentes: permitem a passagem da luz e a nítida visualização de imagens. Transparente

24 Conceitos Básicos Meios de propagação Translúcidos: permitem a passagem da luz, sem nítida visualização. Translúcido

25 Conceitos Básicos Meios de propagação Opacos: Não permitem a passagem da luz. Opaco

26 Conceitos Básicos Meios de Propagação:

27 Conceitos Básicos Fenômenos Ópticos: É o fenômeno no qual a luz incide em uma superfície e retorna ao meio de origem. A reflexão pode ser regular ou difusa. DIFUSA: REFLEXÃO Ocorre quando a luz incide em uma superfície irregular e é refletida em todas as direções. É através da reflexão irregular que podemos ver um objeto de qualquer posição em uma sala.

28 Conceitos Básicos Fenômenos Ópticos: REFLEXÃO É o fenômeno no qual a luz incide em uma superfície e retorna ao meio de origem. A reflexão pode ser regular ou difusa. REGULAR: Ocorre quando a luz incide em uma superfície regular e é refletida mantendo o paralelismo dos raios de luz. Na reflexão regular há a formação da imagem da fonte de luz na superfície em que a luz incide.

29 Conceitos Básicos Fenômenos Ópticos: REFRAÇÃO É o fenômeno no qual a luz muda o meio de propagação sofrendo variação em sua velocidade. Na refração a luz pode sofrer desvio em sua trajetória.

30 Conceitos Básicos Fenômenos Ópticos: ABSORÇÃO É o fenômeno no qual a luz incide em uma superfície e não é refletida e nem transmitida. Assim, a energia incidente é convertida em energia térmica.

31 Conceitos Básicos Espectro eletromagnético

32 Conceitos Básicos A cor de um objeto A luz branca vinda do SOL é composta por uma infinidade de radiações monocromáticas que podem ser definidas por sete faixas que são: vermelha, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e o violeta. A cor de um corpo é definida pela luz que ele reflete difusamente.

33 Conceitos Básicos A cor de um objeto

34 Cores Síntese aditiva A partir do arco-íris de Newton, que compõe a luz branca, o cientista Thomas Young definiu as três cores básicas da síntese aditiva: vermelho, verde e azul. Padrão RGB

35 Disco de Newton Cores

36 Síntese subtrativa Cores A absorção parcial ou total das radiações luminosas é denominado síntese subtrativa, e suas cores básicas, que, misturadas, proporcionam uma vastíssima gama de tonalidades, são o amarelo, o ciano e o magenta, escolhidas porque o pigmento de cada uma delas não é o resultado da combinação dos outros. Padrão CMYK

37 Cores

38 Conceitos Básicos

39 Conceitos Básicos

40 CUIDADO!!!

41 Caiu no ENEM!!! (Enem 2014) É comum aos fotógrafos tirar fotos coloridas em ambientes iluminados por lâmpadas fluorescentes, que contêm uma forte composição de luz verde. A consequência desse fato na fotografia é que todos os objetos claros, principalmente os brancos, aparecerão esverdeados. Para equilibrar as cores, deve-se usar um filtro adequado para diminuir a intensidade da luz verde que chega aos sensores da câmera fotográfica. Na escolha desse filtro, utiliza-se o conhecimento da composição das cores-luz primárias: vermelho, verde e azul; e das cores-luz secundárias: amarelo = vermelho + verde, ciano = verde + azul e magenta = vermelho + azul. Disponível em: Acesso em 20 maio 2014 (adaptado). Na situação descrita, qual deve ser o filtro utilizado para que a fotografia apresente as cores naturais dos objetos? a) Ciano. b) Verde. c) Amarelo. d) Magenta. e) Vermelho.

42 Questão Extra (Uea 2014) Considere a ilustração da bandeira do estado do Amazonas: A cor de um objeto iluminado é determinada pela radiação luminosa que ele reflete. Assim, corpo verde reflete apenas luz verde, corpo branco reflete luz de qualquer cor que nele incide, enquanto corpo negro não reflete luz alguma. Caso a bandeira do Amazonas venha a ser iluminada apenas por luz monocromática vermelha, as cores que ela mostrará serão somente a) vermelha e branca. b) vermelha, branca e preta. c) vermelha e verde. d) vermelha, branca e verde. e) vermelha e preta.

43 Princípio da Independência dos raios Luminosos. Se dois ou mais raios de luz, vindos de fontes diferentes, se cruzam, eles seguem suas trajetórias de forma independente, como se os outros não existissem.

44 Questão 13) Três feixes de luz, de mesma intensidade, podem ser vistos atravessando uma sala, como mostra a figura abaixo. 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, branco, branco, branco. b) branco, vermelho, verde, azul. c) amarelo, azul, verde, vermelho. d) branco, azul, verde, vermelho. e) amarelo, vermelho, verde, azul.

45 Princípio da Reversibilidade dos Raios de Luz. A trajetória da luz entre dois pontos é independente do sentido em que a mesma se propaga.

46 Princípio da Reversibilidade dos Raios de Luz. Se podemos ver por meio de um espelho também podemos ser vistos!!

47 Princípio da Propagação Retilínea da Luz. Em meios homogêneos e transparentes a luz se propaga em linha reta. Um meio homogêneo é aquele que apresenta as mesmas características em todos os elementos de volume (densidade uniforme).

48 Princípio da Propagação Retilínea da Luz. É possível observar que: h H = X Y Onde X é o comprimento da mesa e Y é o comprimento da sombra projetada. SOMBRA: Região do espaço que não recebe luz!! SOMBRA SOMBRA PROJETADA

49 Princípio da Propagação Retilínea da Luz. PENUMBRA: Região do espaço que recebe pequena intensidade de luz!! FONTE EXTENSA PENUMBRA PENUMBRA SOMBRA

50 Atração entre sombras

51 Princípio da Propagação Retilínea da Luz. Por semelhança de triângulos: h H = s S

52 Questão 08) apostila Uma placa retangular de alumínio tem dimensões 40cm x 15cm. Através de um fio que passa pelo seu baricentro, ela é presa ao teto de um quarto, permanecendo horizontalmente a 1,5m do assoalho e a 50cm do teto. Bem junto ao fio, no teto, há uma lâmpada cujo filamento tem dimensões desprezíveis. Com base nessa informação, é correto afirmar que a área da sombra projetada pela placa é igual, em m2, a a) 0,96 b) 0,88 c) 0,82 d) 0,77 e) 0,69

53 Princípio da Propagação Retilínea da Luz. Câmara Escura com Orifício Por semelhança de triângulos: a b = AB A B

54 Princípio da Propagação Retilínea da Luz. Câmara Escura com Orifício

55 Questão Extra Uma câmera fotográfica caseira pode ser construída a partir de uma caixa escura, com um minúsculo orifício (O, na figura) em um dos lados, e uma folha de papel fotográfico no lado interno oposto ao orifício. A imagem de um objeto é formada, segundo o diagrama abaixo. O fenômeno ilustrado ocorre porque a) a luz apresenta ângulos de incidência e de reflexão iguais. b) a direção da luz é variada quando passa através de uma pequena abertura. c) a luz produz uma imagem virtual. d) a luz viaja em linha reta. e) a luz contorna obstáculos.

56 O esquema ao lado representa um objeto situado em frente a uma câmara escura o com orifício. No esquema, o é a altura do objeto, p a distância do orifício ao objeto, P' e a distância do orifício à imagem, ou o comprimento da caixa. Esse dispositivo ilustra como funciona uma máquina fotográfica, na qual a luz atravessa o diafragma e atinge o filme, sensibilizando-o. Chamando a altura da imagem formada de i, o gráfico que melhor representa a relação entre i e p é:

57 Por semelhança de triângulos tem-se que: o i = P P i = P o P Note que i e P são inversamente proporcionais!!

58 Princípio da Propagação Retilínea da Luz. ECLIPSE LUNAR Ocorre quando a lua se posiciona no cone de sombra da Terra não podendo ser vista pelo fato de, ali, não refletir a luz do Sol.

59 Princípio da Propagação Retilínea da Luz. ECLIPSE LUNAR

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62 Princípio da Propagação Retilínea da Luz. Se durante um mês temos uma lua cheia e uma lua então por que não ocorre eclipse todo mês? nova

63 Princípio da Propagação Retilínea da Luz.

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66 Princípio da Propagação Retilínea da Luz. ECLIPSE SOLAR Ocorre quando a lua se posiciona entre o Sol e a Terra projetando sobre a Terra uma região de sombra e uma de penumbra.

67 Princípio da Propagação Retilínea da Luz. ECLIPSE SOLAR

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70 Princípio da Propagação Retilínea da Luz. ECLIPSE ANULAR Esse fenômeno é raro, é um tipo de eclipse solar, onde o Sol a Lua e a Terra se alinham, deixando um anel brilhante de luz visível nas bordas do Sol, isso ocorre porque a Lua não bloqueou totalmente o Sol, devido a distância da Lua e Terra ser a maior alcançada, conhecido como Apogeu.

71 Princípio da Propagação Retilínea da Luz. ECLIPSE ANULAR

72 Princípio da Propagação Retilínea da Luz.

73 FASES DA LUA

74 (G1 - ifsp 2012) A figura ilustra, fora de escala, a ocorrência de um eclipse do Sol em determinada região do planeta Terra. Esse evento ocorre quando estiverem alinhados o Sol, a Terra e a Lua, funcionando, respectivamente, como fonte de luz, anteparo e obstáculo. Para que possamos presenciar um eclipse solar, é preciso que estejamos numa época em que a Lua esteja na fase a) nova ou cheia. b) minguante ou crescente. c) cheia, apenas. d) nova, apenas. e) minguante, apenas.

75 O professor pede aos grupos de estudo que apresentem à classe suas principais conclusões sobre os fundamentos para o desenvolvimento do estudo da óptica geométrica. GRUPO l - Os feixes de luz podem apresentar-se em raios paralelos, convergentes ou divergentes. GRUPO II - Os fenômenos de reflexão, refração e absorção ocorrem isoladamente e nunca simultaneamente. GRUPO III - Enquanto num corpo pintado de preto fosco predomina a absorção, em um corpo pintado de branco predomina a difusão. GRUPO IV - Os raios luminosos propagam-se em linha reta nos meios homogêneos e transparentes. São corretas as conclusões dos grupos: a) I e III, apenas. b) II e IV, apenas. c) I, III e IV, apenas. d) II, III e IV, apenas. e) l, II III e IV.