Física 3 aulas 19 e 20 Introdução à Óptica

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1 Física 3 aulas 19 e 20

2 V i s í v e l Física 3 aulas 19 e 20 LUZ: onda eletromagnética capaz de sensibilizar as células da retina (fundo do olho humano), ou seja, com frequência entre 4, Hz (vermelho) e 7, Hz (violeta). Infravermelho Vermelho Alaranjado Amarelo Verde Azul Anil Violeta Ultravioleta

3 Extra 1 De acordo com o Eletromagnetismo, particularmente das equações de James Clerk Maxwell ( ), ao final do século XIX já era sabido que a luz é uma onda eletromagnética que viaja no vácuo com velocidade c dada por c 0 0 onde e o = 8, F/m é a permissividade elétrica do vácuo e m o = 4p.10-7 T.m/A = 1, T.m/A é permeabilidade magnética do vácuo, constantes físicas que certamente você já conhece bem da Eletricidade e do Magnetismo e aqui estão expressas em unidades do S.I.. Calcule o valor da velocidade c da luz (ou de qualquer onda eletromagnética) no vácuo. Dê a resposta em m/s. (Adote: 8,85 x 11 = 3,3² e ) 1 m e Resolução c ,26.8, m0e0 1, , , , c c 3.10 m s

4 V i s í v e l Física 3 aulas 19 e 20 LUZ: onda eletromagnética capaz de sensibilizar as células da retina (fundo do olho humano), ou seja, com frequência entre 4, Hz (vermelho) e 7, Hz (violeta). Ondas eletromagnéticas, de todas as frequências, viajam no vácuo com velocidade c = m/s = km/s c = l.f Infravermelho Vermelho Alaranjado Amarelo Verde Azul Anil Violeta Ultravioleta f l

5 LUZ: onda eletromagnética capaz de sensibilizar as células da retina (fundo do olho humano), ou seja, com frequência entre 4, Hz (vermelho) e 7, Hz (violeta). G R B sistema aditivo O sistema RGB é chamado de aditivo porque cada cor individual é criada adicionando intensidades (valores) diferentes de cada cor primária (R, G ou B). Quando todas as três cores (ou luzes) primárias são combinadas em sua intensidade máxima, você vê o branco. VER ON LINE

6 LUZ: onda eletromagnética capaz de sensibilizar as células da retina (fundo do olho humano), ou seja, com frequência entre 4, Hz (vermelho) e 7, Hz (violeta). Cyan Magenta Yellow BlacK Red Green Blue CMYK (subtrativo) RGB (aditivo)

7 A reflexão seletiva e a percepção das cores Superfície branca Todas as cores são refletidas Superfície negra Nenhuma cor é refletida Superfície verde Somente a cor verde é refletida

8 Física A folha 3 da aulas 19 e 20 maçã é verde! A reflexão seletiva e a percepção das cores A maçã é vermelha! O olho capta a luz e, pelas suas lentes, conjuga uma imagem que é projetada sobre a retina feita de células sensíveis à luz. Cada célula recebe luz e, através do nervo óptico, envia a informação de intensidade e cor para o cérebro. O cérebro interpreta a informação que veio do olho para criar a sensação visual.

9 Exercício 1 (UFSC 2016) Um estudante possui uma luminária constituída por três lâmpadas de mesma intensidade sobre a mesa. Cada lâmpada emite luz de cor primária. Para verificar os conhecimentos aprendidos nas aulas de Física, ele faz três experimentos (figuras 1, 2 e 3), nos quais direciona as três lâmpadas para uma mesma palavra colocada sobre a mesa. Na figura 1, em que as três lâmpadas estão acesas, e na figura 3, em que apenas a lâmpada 2 está acesa, o estudante visualiza a palavra FÍSICA na cor verde. Com base no exposto acima, é CORRETO afirmar que: 01 na figura 1, ocorre a união das três luzes primárias amarela, vermelha e azul, que resulta na luz branca. As luzes primárias são azul, verde e vermelha. O amarelo não faz parte das luzes primárias, mas sim das cores primárias na pintura, juntamente com o azul e o vermelho. 02 na figura 2, a palavra FÍSICA aparece na cor preta porque as luzes que incidem sobre ela são azul e vermelha. A palavra foi escrita na cor verde, podendo ser vista quando iluminada com cor branca (mistura das três cores primárias) ou com a luz verde. Portanto, ela será vista como preta se não contiver o verde na luz incidente. Com isso, podemos atribuir as cores azul e vermelha às lâmpadas acesas da figura 2.

10 Exercício 1 (UFSC 2016) Um estudante possui uma luminária constituída por três lâmpadas de mesma intensidade sobre a mesa. Cada lâmpada emite luz de cor primária. Para verificar os conhecimentos aprendidos nas aulas de Física, ele faz três experimentos (figuras 1, 2 e 3), nos quais direciona as três lâmpadas para uma mesma palavra colocada sobre a mesa. Na figura 1, em que as três lâmpadas estão acesas, e na figura 3, em que apenas a lâmpada 2 está acesa, o estudante visualiza a palavra FÍSICA na cor verde. Com base no exposto acima, é CORRETO afirmar que: 04 a lâmpada 2 emite luz de cor verde, por isso a palavra FÍSICA, na figura 3, aparece na cor verde. Como temos apenas uma lâmpada monocromática acesa, ela emite a mesma coloração refletida pela palavra, isto é, o verde. 08 a relação entre as frequências das luzes das lâmpadas 1, 2 e 3 é f 3 < f 2 < f 1, portanto as cores das luzes das lâmpadas 1, 2 e 3 são vermelha, verde e azul, respectivamente. É o contrário. A frequência cresce do vermelho para o violeta. Logo, das cores apresentadas, a frequência do vermelho é a menor (f 1 ) e a do azul a maior (f 3 ) restando para a verde a frequência intermediária (f 2 ).

11 Exercício 1 (UFSC 2016) Um estudante possui uma luminária constituída por três lâmpadas de mesma intensidade sobre a mesa. Cada lâmpada emite luz de cor primária. Para verificar os conhecimentos aprendidos nas aulas de Física, ele faz três experimentos (figuras 1, 2 e 3), nos quais direciona as três lâmpadas para uma mesma palavra colocada sobre a mesa. Na figura 1, em que as três lâmpadas estão acesas, e na figura 3, em que apenas a lâmpada 2 está acesa, o estudante visualiza a palavra FÍSICA na cor verde. Com base no exposto acima, é CORRETO afirmar que: 16 a palavra FÍSICA aparece na cor preta, na figura 2, porque as luzes das lâmpadas 1 e 3 formam a cor preta. A mistura das cores azul e vermelha forma a cor magenta, quando projetada em uma tela branca, mas, como a palavra foi escrita com a cor verde, ela é vista como preta ao ser iluminada com essas cores. CORRETAS: 02 e 04 SOMA: = 6

12 Exercício 2 (Enem 2011) Para que uma substância seja colorida, ela deve absorver luz na região do visível. Quando uma amostra absorve luz visível, a cor que percebemos é a soma das cores restantes, que são refletidas ou transmitidas pelo objeto. A figura 1 mostra o espectro de absorção para uma substância e é possível observar que há um comprimento de onda em que a intensidade de absorção é máxima. Um observador pode prever a cor dessa substância pelo uso da roda de cores (Figura 2): o comprimento de onda correspondente à cor do objeto é encontrado no lado oposto ao comprimento de onda da absorção máxima. Qual a cor da substância que deu origem ao espectro da figura 1? a) Azul. b) Verde. c) Violeta. d) Laranja. e) Vermelho.

13 Exercício 2 (Enem 2011) Para que uma substância seja colorida, ela deve absorver luz na região do visível. Quando uma amostra absorve luz visível, a cor que percebemos é a soma das cores restantes, que são refletidas ou transmitidas pelo objeto. A figura 1 mostra o espectro de absorção para uma substância e é possível observar que há um comprimento de onda em que a intensidade de absorção é máxima. Um observador pode prever a cor dessa substância pelo uso da roda de cores (Figura 2): o comprimento de onda correspondente à cor do objeto é encontrado no lado oposto ao comprimento de onda da absorção máxima. Qual a cor da substância que deu origem ao espectro da figura 1? a) Azul. b) Verde. c) Violeta. d) Laranja. e) Vermelho. Resolução

14 Exercício 3 (Unicamp 2016) O Teatro de Luz Negra, típico da República Tcheca, é um tipo de representação cênica caracterizada pelo uso do cenário escuro com uma iluminação estratégica dos objetos exibidos. No entanto, o termo Luz Negra é fisicamente incoerente, pois a coloração negra é justamente a ausência de luz. A luz branca é a composição de luz com vários comprimentos de onda e a cor de um corpo é dada pelo comprimento de onda da luz que ele predominantemente reflete. Assim, um quadro que apresente as cores azul e branca quando iluminado pela luz solar, ao ser iluminado por uma luz monocromática de comprimento de onda correspondente à cor amarela, apresentará, respectivamente, uma coloração a) amarela e branca. b) negra e amarela. c) azul e negra. d) totalmente negra. Resolução Superfície branca Todas as cores são refletidas Superfície azul Somente a cor azul é refletida Reflete o amarelo, parece amarela Não reflete o amarelo, fica negra

15 Exercício 4 (Uerj 2016) A altura da imagem de um objeto, posicionado a uma distância P 1 do orifício de uma câmara escura, corresponde a 5% da altura desse objeto. A altura da imagem desse mesmo objeto, posicionado a uma distância P 2 do orifício da câmara escura, corresponde a 50% de sua altura. Calcule P 2 em função de P 1. Resolução H H H P H P ' ' P P 5H 5 H H' H P ' P P1 P' P1 P' P1 P' H 50 H H'' H P P ' P2 P' P2 P' P2 P' ' P 50P P P ' P 50P P 50P 5P P 1 P2 P

16 Exercício 5 (UPF 2016) Uma pessoa com visão perfeita observa um adesivo, de tamanho igual a 6 mm, grudado na parede na altura de seus olhos. A distância entre o cristalino do olho e o adesivo é de 3 m. Supondo que a distância entre esse cristalino e a retina, onde se forma a imagem, é igual a 20 mm, o tamanho da imagem do adesivo formada na retina é: a) 4 x 10 3 mm. b) 5 x 10 3 mm. c) 4 x 10 2 mm. d) 5 x 10 4 mm. e) 2 x 10 4 mm. Resolução H P H P ' ' 6 mm H ' 3000 mm 20 mm 620 mm ' 2 20 mm H H ' mm H ' 1000 H 4 mm ' mm

17 Exercício 6 (Uema 2015) O edifício Monumental, localizado em um shopping de São Luís-MA, iluminado pelos raios solares, projeta uma sombra de comprimento L = 80 m. Simultaneamente, um homem de 1,80 m de altura, que está próximo ao edifício, projeta uma sombra de L = 3,20 m. O valor correspondente, em metros, à altura do prédio é igual a a) 50,00 b) 47,50 c) 45,00 d) 42,50 e) 40,00 Resolução h 1,80 80 m 3, 20 m m h 1, ,20 m 1,80 h 80 m 45 m 3,20

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19 Extra 2 (Unicamp a fase adaptada) A descoberta das luas de Júpiter por Galileu Galilei em 1610 representa um marco importante na mudança da concepção do sistema solar. Observações posteriores dessas luas permitiram as primeiras medidas da velocidade da luz, um dos alicerces da Física Moderna. O esquema abaixo representa as órbitas da Terra, Júpiter e Ganimedes (uma das luas de Júpiter), aproximadamente circulares. No Séc. XVII era possível prever os instantes exatos em que, para um observador na Terra, Ganimedes ficaria oculta por Júpiter. Esse fenômeno atrasa 1000 s quando a Terra está na situação de máximo afastamento de Júpiter. Esse atraso é devido ao tempo extra despendido para que a luz refletida por Ganimedes cubra a distância equivalente ao diâmetro da órbita da Terra em torno do Sol. Calcule a velocidade da luz, em km/s, sabendo que a distância da Terra ao Sol é de 1, km.

20 Extra 2 (Unicamp a fase adaptada) A descoberta das luas de Júpiter por Galileu Galilei em 1610 representa um marco importante na mudança da concepção do sistema solar. Observações posteriores dessas luas permitiram as primeiras medidas da velocidade da luz, um dos alicerces da Física Moderna. O esquema abaixo representa as órbitas da Terra, Júpiter e Ganimedes (uma das luas de Júpiter), aproximadamente circulares. No Séc. XVII era possível prever os instantes exatos em que, para um observador na Terra, Ganimedes ficaria oculta por Júpiter. Esse fenômeno atrasa 1000 s quando a Terra está na situação de máximo afastamento de Júpiter. Esse atraso é devido ao tempo extra despendido para que a luz refletida por Ganimedes cubra a distância equivalente ao diâmetro da órbita da Terra em torno do Sol. Calcule a velocidade da luz, em km/s, sabendo que a distância da Terra ao Sol é de 1, km. Resolução O tempo de atraso, 1000 s, corresponde ao tempo gasto pela luz para percorrer o diâmetro da órbita da Terra. Assim: c 8 S 21,5.10 km Vm 3 t 10 s c 5 3,0.10 km s

21 Extra 3 (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. 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.

22 Extra 3 (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. 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. Resolução Um filtro, na prática, clareia (intensifica) as cores que lhe são características e escurece (atenua) as cores opostas. Como o ambiente está iluminado predominantemente por luz de composição verde, o filtro mais adequado deverá intensificar as demais cores primárias, ou seja, o vermelho e o azul, atenuando o verde. Esse filtro é magenta que, segundo o próprio enunciado corresponde ao vermelho mais o azul, as cores que serão reforçadas.

23 Extra 4 (Enem) A figura abaixo mostra um eclipse solar no instante em que é fotografado em cinco diferentes pontos do planeta. Três dessas fotografias estão reproduzidas abaixo. As fotos poderiam corresponder, respectivamente, aos pontos: a) III, V e II. b) b) II, III e V. c) II, IV e III. d) I, II e III. e) I, II e V.

24 Extra 4 Eclipse parcial, sobra pouco sol à esquerda III Eclipse parcial, sobra bastante Sol à direita V Eclipse parcial, sobra bastante Sol à esquerda II Sombra da Lua, com diâmetro aproximado de 150 km, projetada na Terra sobre território francês durante eclipse solar total de 11/agosto/1999. Foto feita do espaço, a bordo da MIR (estação espacial russa), pelo astronauta francês Jean-Pierre Haignere. Resposta: A

25 Extra 5 (PUC-RJ) A certa hora da manhã, a inclinação dos raios solares é tal que um muro de 4,0 m de altura projeta, no chão horizontal, uma sombra de comprimento 6,0 m. Uma senhora de 1,6 m de altura, caminhando na direção do muro, é totalmente coberta pela sombra quando se encontra a uma distância máxima de quantos metros do muro? a) 2,0 b) 2,4 c) 1,5 d) 3,6 e) 1,1

26 Extra 5 (PUC-RJ) A certa hora da manhã, a inclinação dos raios solares é tal que um muro de 4,0 m de altura projeta, no chão horizontal, uma sombra de comprimento 6,0 m. Uma senhora de 1,6 m de altura, caminhando na direção do muro, é totalmente coberta pela sombra quando se encontra a uma distância máxima de quantos metros do muro? a) 2,0 b) 2,4 c) 1,5 d) 3,6 e) 1,1 Resolução Por semelhança de triângulos:

27 Extra 6 Para determinar a largura L de um rio, um homem aponta uma câmara escura de orifício de 30 cm de comprimento, para uma árvore localizada na margem oposta tomando o cuidado para que a câmara e a árvore fiquem numa linha perpendicular ao rio. Inicialmente a câmara é posicionada bem próxima à margem do rio e o homem observa, na face oposta à que contém o orifício, sobre uma folha de papel vegetal, a formação de uma imagem invertida da árvore com 5 cm de altura. A seguir, afastando a câmara em 20 m em relação à posição inicial, sobre a mesma direção perpendicular ao rio, o homem faz novas medidas e constata nova imagem da árvore sobre o papel vegetal, invertida, ainda menor, com apenas 3 cm de comprimento. Calcule o valor da largura L do rio no local onde a medida foi efetuada.

28 Extra 6

29 Extra 6 H L 6 H L 20m 10 L L 20 m L 6L 120m L30m 4L 120m Pergunta extra: Dá para calcular a altura da árvore? Como?

30 Extra 7 Numa sala com pé direito de 6 m, uma lâmpada AB fluorescente linear de 2 m de comprimento está fixa no teto. Uma fina vareta horizontal CD, com 1,5 m de comprimento, é pendurada entre a lâmpada e o piso da sala, a uma altura de 2 m do piso. Considere que a lâmpada AB e a vareta CD são paralelas e pertencem a um mesmo plano vertical, como mostra a figura. Como a lâmpada não é uma fonte de luz puntiforme, no piso vão se formar duas penumbras e uma umbra (ou sombra). Determine: a) o comprimento das penumbras que se formam no piso. b) o comprimento da sombra da vareta formada no piso.

31 A 2 m B Extra 7 4 m C 1,5 m D 2 m E F G H

32 A 2 m B Extra 7 4 m C 1,5 m D 2 m E F G H a) ABC e EFC: EF 2 22 EF EF m

33 A 2 m B Extra 7 4 m C 1,5 m D 2 m E 1,0 m F G 1,0 m H b) AFH e ACD: FG 1 1,5 4FG 4 9 4FG FG FG 1,25m 5 4