Módulo VI Luz e Príncipios da Óptica Geométrica

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1 Módulo VI Luz e Príncipios da Óptica Geométrica Luz: O omem sempre necessitou de luz para enxergar as coisas a seu redor: luz do Sol, de toca, de vela, de lâmpada. Mas afinal, o que é luz? Luz : é uma forma de energia radiante que se propaga por meio de ondas eletromagnéticas (que estudaremos melor mais a frente). É o agente físico responsável pela produção da sensação visual. O estudo da luz é realizado pela Óptica, que é dividida, didaticamente, em: a) Óptica Geométrica analisa a trajetória da propagação luminosa; b) Óptica Física enfoca a natureza da luz Óptica Geométrica: Ao se estudar a Óptica Geométrica, devem-se conecer alguns conceitos básicos, relacionados a seguir: Raio de Luz: representação geométrica da trajetória da luz, indicando a direção e o sentido de sua propagação. É representado por um segmento de reta orientado da fonte luminosa para o observador. Feixe de Luz: conjunto de infinitos raios de luz; um feixe luminoso pode ser: 1. Cônico convergente os raios luminosos convergem. V (vértice) luz do sol lente de anteparo aumento - 1 -

2 2. Cônico divergente - os raios luminosos divergem. Exemplo: farol de automóvel V (vértice) 3. Cilíndrico paralelo - os raios luminosos são paralelos. Exemplo: olofote Fontes de Luz: As fontes de luz são os corpos visíveis e podem ser de dois tipos: Corpo Luminoso ou Fonte Primária: corpo que possui luz própria. Exemplo: Sol, lâmpada, vela acesa, etc. Pode ser classificado em: 1. Incandescente quando emite luz sob elevada temperatura (exemplo: lâmpada incandescente); 2. Luminescente quando emite luz sob temperatura relativamente baixa (exemplo: vaga-lume, lâmpada fluorescente); Corpo Iluminado ou Fonte Secundária: corpo que não possui luz própria. Exemplo: Lua, livro, etc.. Meios de Propagação da Luz: Os diferentes meios materiais (ar, vidro, tijolo, etc.) comportam-se de maneiras distintas ao serem atravessados pela luz. Por isso, tem-se a seguinte classificação: 1. Meio Transparente quando permite a propagação regular da luz (ar, vidro, celofane, etc.); 2. Meio Translúcido permite a propagação irregular da luz (vidro fosco, papel vegetal, tecido fino, etc.); 3. Meio Opaco não permite a propagação da luz (madeira, placa metálica, etc.)

3 Fenômenos Ópticos: 1. Reflexão Regular quando a luz incidente volta ao mesmo meio, regularmente. Ocorre quando a superfície de reflexão é metálica e polida (espelo); 2. Reflexão Difusa a luz incidente volta ao mesmo meio, irregularmente. Ocorre quando a superfície de reflexão é rugosa ( todos os corpos iluminados visíveis); 3. Refração a luz atravessa a superfície e se propaga no outro meio. Ocorre quando a superfície separa dois meios transparentes (ar/água, água/vidro, etc.). 4. Absorção a luz incidente não reflete e nem refrata. A luz, é absorvida pela superfície (transformada em energia térmica). Ocorre, por exemplo, em corpos de superfície preta (corpos negros) Princípios da Óptica Geométrica: Os princípios ou leis que regem a Óptica Geométrica, enunciados para um único raio luminoso podem, evidentemente, ser estendidos para os feixes luminosos. a) Princípio da Independência dos Raios Luminosos: Dois raios de luz, ao se cruzarem, seguem independentemente, cada um, a sua trajetória. b) Princípio da Reversibilidade dos Raios Luminosos: A trajetória seguida pelo raio de luz, num sentido, é a mesma quando o raio troca o sentido do percurso. c) Princípio da Propagação Retilínea dos Raios Luminosos: Todo raio de luz percorre trajetória retilínea em meios transparentes omogêneos

4 Aplicações de Propagação Retilínea da Luz: Sombra e Penumbra: Colocando-se um corpo opaco C entre uma fonte de luz F e um anteparo P, possibilita-se a formação de sombra e/ou penumbra. A sombra é a região do espaço que não recebe luz direta da fonte. A penumbra é a região que recebe apenas parte da luz direta da fonte. Exercício 1: Um estudante, querendo determinar a altura de um prédio, mediu durante o dia, simultaneamente, sua própria sombra e a do prédio, anotando respectivamente 50 cm e 20 m. Qual a altura encontrada, sabendo-se que o estudante tem 1,50 m? Resolução: Como os raios são considerados paralelos, os triângulos ABC e A B C são semelantes: s s 1 2 = 20m = 50cm = 0,50m = 1,50 m Pela semelança de triângulo: H s1 = s 2 H 20 = 1,50 0,50 H = 60m Ângulo Visual (θ): Cama-se ângulo visual θ o ângulo pelo qual o observador enxerga o tamano de um objeto

5 O ângulo visual depende da distância do observador ao objeto. Os objetos mais afastados parecem menores, porque diminui o ângulo visual. Denomina-se limite de acuidade visual o menor ângulo θ pelo qual um observador consegue distinguir ainda o tamano de um objeto. Este ângulo vale aproximadamente um minuto (1 ). Exercício 2: Um observador vê o tamano de um poste sob ângulo visual de Aproximando-se de 5 m do poste, passa a vê-lo sob ângulo de Desprezando a altura do globo ocular do observador, calcule: (a) a distância entre a sua primeira posição e o poste; (b) a altura do poste. Resolução: Camando-se de x a distância entre sua primeira posição e o poste, e de a altura do poste: No triângulo O 1 AB: tg45 0 = 1 = x x = x ( a) No triângulo O 2 AB: tg60 0 = x 5 3 = x 5 3.( x 5) = ( b) Usando (a) em (b), tem-se: 3.( x 5) = x x = = 11,83 m 3x 5 3 = x - 5 -

6 Câmara Escura de Orifício: Uma câmara escura de orifício nada mais é do que uma caixa de paredes opacas, onde existe um orifício O no meio de uma das faces. Colocando-se um objeto MN à frente da face com o orifício nota-se a formação de uma imagem M N na face oposta. Esta imagem fica invertida, conforme a figura seguinte: O triângulo MNO é semelante ao triângulo M N O : Bibliografia: o = i p p' Esta expressão é conecida como EQUAÇÃO DA CÂMARA ESCURA Tipler, Paul A. Mosca, Gene. Física, V.2 - Para Cientistas e Engeneiros (em Português). Ed. LTC, Bonjorno, José Roberto. Bonjorno, Regina F. S. Azena. Bonjorno, Valter. Física volume 3. Ed. FTD