FENÔMENOS LUMINOSOS PARTE 1. CONTEÚDOS Propagação retilínea da luz Reflexão da luz Refração da luz

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1 FENÔMENOS LUMINOSOS PARTE 1 CONTEÚDOS Propagação retilínea da luz Reflexão da luz Refração da luz AMPLIANDO SEUS CONHECIMENTOS Já sabemos que a luz pode ser tratada como uma onda eletromagnética. Neste capítulo trataremos do seu comportamento no que se refere a sua propagação, sua reflexão e refração, presentes em várias situações do nosso dia a dia. E para este estudo faremos uso de alguns conceitos geométricos provenientes da Matemática. Figura 1 Luz solar se refletindo na água Fonte: Freerange Archives Figura 2 Fenômeno da refração

2 Quando a luz se propaga em um meio transparente como o ar ou o vidro, por exemplo, ela o faz com trajetória em linha reta. Esse fato é conhecido com Princípio da Propagação Retilínea da Luz. Uma consequência disso é a formação das sombras e das penumbras. A sombra é a região do espaço que não recebe luz diretamente de uma fonte, como o Sol, por exemplo. Conforme a origem da luz, a sombra muda de posição. Já a penumbra é a região do espaço que recebe apenas parte dos raios luminosos emitidos pela fonte. Figura 3 Propagação retilínea da luz Fonte: Tracy/Freerangestock A luz e qualquer outra forma de onda sofrem reflexão e/ou refração ao atingirem a superfície de separação entre dois meios (ar e água por exemplo). Quando a luz solar atinge as águas de um lago, uma parte é refletida e continua a se propagar no ar (figura 5) e outra parte é refratada passando a se propagar na água (figura 6). Figura 4 Propagação retilínea da luz Fonte: Marsh/Freerangestock Água Ar Ar Água Figura 5 Reflexão da luz Figura 6 Refração da luz

3 Ao falarmos da reflexão da luz é importante destacar a reflexão difusa. Trata-se da reflexão da luz em superfícies que apresentam algum tipo de irregularidades, ou seja aquelas superfícies que não são perfeitamente lisas. Uma superfície irregular produz a reflexão difusa, enquanto que uma superfície bastante polida produz a reflexão regular. Figura 7 Reflexão difusa da luz Na reflexão difusão, a luz propaga-se em todas as direções o que possibilita que várias pessoas possam ver o mesmo objeto ao mesmo tempo. É por causa desse fenômeno que conseguimos enxergar vários objetos simultaneamente e de ângulos diferentes. Aceita-se atualmente, que o fenômeno da visão resulta da combinação de dois elementos: a luz e o olho. Podemos assim dizer que a visualização de um objeto só é possível quando a informação sobre o meio ambiente chega aos olhos sob a forma de luz emitida ou refletida pelos objetos que é transformada em impulsos elétricos envidados ao cérebro através do nervo óptico. Além disso, o objeto visualizado precisa estar dentro do campo de visão dos olhos do observador. Figura 8 Objetos iluminados por uma fonte de luz Fonte: Eustácio Miranda / Arquivo pessoal E o processo de formação da imagem do objeto que visualizamos? Como isto ocorre?

4 Figura 9 Construção geométrica da imagem de um objeto a partir dos raios luminosos que passam por um orifício Ao traçarmos geometricamente os raios luminosos para determinarmos a imagem de um objeto, um aspecto que deve ser ressaltado se refere à linha normal; uma linha imaginária que auxilia na determinação dos ângulos envolvidos nessa construção geométrica. A linha normal (N) é perpendicular à superfície, na qual o raio de luz está incidindo, conforme podemos visualizar nas figuras a seguir N N Água Ar Ar Água Figura 10 Representação da linha normal (N) Figura 11 Representação da linha normal (N) Além da linha normal (N) é importante destacar também o ângulo de incidência, o ângulo de reflexão e o ângulo de refração. Geometricamente, o ângulo de incidência é o ângulo entre o raio incidente e a linha normal. E o ângulo de reflexão corresponde ao ângulo entre a linha normal e o raio refletido. Ângulo de incidência Ângulo de reflexão Figura 12 Representação dos ângulos de incidência e de reflexão O estudo do comportamento da luz nas situações em que ocorre a reflexão, mostra que o ângulo de incidência e o de reflexão são sempre iguais.

5 Vamos observar agora as seguintes situações: Figura 13 Ângulo de incidência coincide com a linha normal Figura 14 Ângulo de incidência perpendicular à linha normal Perceba que na figura 11, o raio incidente coincide com a linha normal fazendo um ângulo de 0 º. Logo o ângulo de incidência vale 0 o. Já na figura 12, podemos perceber que o raio incidente é perpendicular à linha normal. O ângulo de incidência nesse caso, vale então 90 o. É importante estar sempre atento a essas situações. E para o fenômeno da refração, geometricamente o ângulo de incidência é o ângulo entre o raio incidente e a linha normal, e o ângulo de refração corresponde ao ângulo entre a linha normal e o raio refratado. Ângulo de incidência Ângulo de refração Figura 15 Representação dos ângulos de incidência e de reflexão

6 Pesquisa Realize uma pesquisa sobre a câmara escura e monte a sua se tiver a oportunidade. Este experimento vai fazer você entender melhor a captação da luz pelos nossos olhos e a formação das imagens em nosso cérebro. Utilizando seus conhecimentos sobre reflexão e refração você pode pesquisar sobre vários porquês: O porquê do pôr do sol ser vermelho. O porquê das nuvens serem brancas. O porquê da água do mar ser azul-esverdeada O porquê do nosso céu ser azul. O porquê da formação do arco-íris. Você pode também pesquisar sobre o processo de formação e construção das ilusões de ótica. A expressão ilusões de ótica está relacionada com imagens (e atualmente nas gifs animadas) que objetivam mostrar algo, além do que se está vendo. Algumas são feitas com o objetivo exclusivo de enganar os olhos de quem vê. Observe a ilusão de ótica a seguir. Qual dos dois círculos internos é o maior? Essa ilusão explora a nossa percepção de tamanho relativo. Quando um objeto é cercado por objetos maiores, este parece ser bem menor do que realmente é. Entretanto os dois círculos internos possuem o mesmo tamanho. Ficou na dúvida? Utilize uma régua, meça o tamanho dos dois círculos internos e você obterá o mesmo tamanho para eles. Figura 16 Ilusão de ótica utilizando círculos concêntricos

7 ATIVIDADES 1. Procure refletir sobre o porquê de conseguirmos enxergar os objetos à nossa volta, levando em consideração a afirmação a seguir Podemos ver os objetos quando eles são capazes de enviar luz aos nossos olhos. Reflita sobre o significado dessa afirmação. 2. Pegue uma folha de papel sulfite e olhe para ela. Você perceberá que não ocorre a formação da sua imagem na folha. Por que não é possível visualizar a imagem do seu rosto na folha de sulfite? 3. Por que as ambulâncias têm seu nome escrito ao inverso? 4. Verifique se a afirmação abaixo é verdadeira ou falsa e justifique a sua escolha: Para podermos enxergar um objeto, é necessário apenas que ele esteja iluminado 5. O que é necessário para que possamos visualizar os objetos à nossa volta?

8 6. A figura representa um raio luminoso incidido sobre uma superfície espelhada A. Na sequência, o raio luminoso é refletido pela superfície espelhada B. O ângulo que a direção do raio refletido faz com a linha normal vale B a) 0. b) 90. c) 20. d) 65. e) o A 7. (Fuvest-SP) A figura mostra uma vista superior de dois espelhos planos montados verticalmente, um perpendicular ao outro. Sobre o espelho OA incide um raio de luz horizontal, no plano do papel, mostrado na figura. Após reflexão nos dois espelhos, o raio emerge formando um ângulo com a normal ao espelho OB. O ângulo vale: a) 0 b) 10 c) 20 d) 30 e) 40

9 INDICAÇÕES Acesse o link indicado a seguir e reflita sobre a importância da luz, da visão e do cérebro na formação das ilustrações denominadas ilusões de ótica. REFERÊNCIAS ALVARENGA, B. Curso de Física. São Paulo: Scipione, v. 2. CHRISWINDRAS/FRRERANGESTOCK.COM. Abacaxi. Disponível em: < Acesso em: 17 jun h56min. DWIGHT TRACY/FREERANGESTOCK.COM. Avião. Disponível em: < Acesso em: 10 jun h12min. FREERANGE ARCHIVES (CG COLLECTION). Pôr do Sol. Disponível em: < Acesso em: 10 jun h31min. GASPAR, A. Física. São Paulo: Ática, v. 2. HEWITT, P. Física conceitual. Porto Alegre: Bookman, Fundamentos da Física conceitual. Porto Alegre: Bookman, LAURAMARSH/FREERANGESTOCK.COM. Porta Bikes. Disponível em: < Acesso em: 10 jun h52min. PIETROCOLA, M. Física em contextos: pessoal, social e histórico. São Paulo: FTD, v. 2. TREFIL, J. Física Viva. Rio de Janeiro: LTC, v. 2. WHITEWAY/FREERANGESTOCK.COM. Ondas se propagando na superfície da água. GABARITO 1. Para a visualização de um objeto é necessário que ele receba uma certa quantidade de luz. Esta luz ao ser refletida, no objeto, se propaga atingindo os olhos do observador. 2. Porque a folha de papel sulfite reflete a luz difusamente em todas as direções. 3. Para que o motorista de um veículo qualquer ao visualizar estas letras que formam a palavra em destaque, consiga utilizando seu espelho retrovisor, ler corretamente o escrito: AMBULÂNCIA.

10 4. Para que possamos visualizar um objeto é necessário que ele esteja iluminado e no campo visual do observador, de maneira que a luz refletida no objeto esteja voltada para os olhos do observador. 5. Que eles estejam iluminados e em nosso campo visual. 6. Alternativa E O raio incidente de 20 o se reflete com um ângulo de 20 o no primeiro espelho Este raio refletido, possibilita a formação do triângulo retângulo ABC, ao se dirigir para o segundo espelho. Conforme mostrado na ilustração, o triângulo ABC possui ângulos de 70 o,90 o e 20 o que é o ângulo entre o raio de luz refletido e o segundo espelho. Ao ser novamente refletido no segundo espelho, o raio de luz faz com a linha normal um outro ângulo de 70 o. Raio incidente A C B 7. Alternativa C De acordo com as construções geométricas na ilustração teremos: = = 180 = = 70 Temos ainda que + = = 90 = = 20