1 – Introdução
No estudo da óptica procuraremos abordar, com
objetividade, o estudo da luz e dos fenômenos luminosos em geral, tais como: o
comportamento da luz, a reflexão da luz e a refração da luz. Após estudarmos
os fenômenos passaremos a discutir sobre os instrumentos ópticos tais como:
espelhos planos e esféricos e lentes esféricas.
A atenção nos conceitos e principalmente a dedicação
no seu estudo são os pontos fundamentais para o sucesso final deste curso.
2 – Natureza da Luz
Em
1675 Isaac Newton, num de seus artigos, considerou a luz constituída por um
conjunto de corpúsculos materiais em movimento, cujas trajetórias seriam retas.
Huygens sugeriu que os fenômenos de propagação da luz seriam mais bem
explicados se a luz fosse considerada
uma onda.
No início do século XIX a teoria de Newton foi
definitivamente abandonada, passando-se a considerar a luz como uma propagação
ondulatória, graças ao trabalho do inglês Thomas Young. No entanto evidências mais recentes mostram
que ao lado das ondas a luz transporta também corpúsculos de energia, chamados
fótons, apresentando uma natureza dual (partícula-onda), segundo teoria do
francês Louis De Broglie.
O transporte de energia radiante da luz é realizada
através de ondas chamadas eletromagnéticas, tais ondas, além de não
necessitarem de um meio material para se propagar – podendo, portanto,
propagar-se no vácuo – possuem uma enorme velocidade.
No vácuo, a velocidade de propagação da luz (c)
vale, aproximadamente:
c => 300 000 km/s = 3 x 105 km/s = 3 x
108 m/s
Em geral, somente uma parcela de energia radiante
propicia a sensação de visão, ao atingir o olho. Essa parcela é denominada luz
e possui freqüência entre 4 x 1014 Hz e 8 x 1014 Hz.
Importante:
Ano-Luz é uma unidade de medida de distância. Um ano-luz
representa a distância pela luz durante um ano, no vácuo. Essa unidade de
medida é muito usada na astronomia.
2.1 – ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO
O espectro eletromagnético mostra o conjunto de todas as frequências conhecidas de ondas eletromagnéticas. Abaixo mostramos a seqüência com a freqüência e o comprimento de onda.
As frequências dentro da faixa do visível do espectro eletromagnético correspondem às diferentes cores, com que observamos a luz. A luz de cor violeta corresponde à maior freqüência e a luz de cor vermelha corresponde à menor (veja a figura).
Podemos obter luzes de outras cores, combinando
luzes de diferentes frequências. A essa combinação damos o nome de luz
policromática. À luz de uma única frequência dá-se o nome de monocromática.
A luz branca é policromática. De fato, quando a
luz branca atravessa, por exemplo, um prisma de vidro, ela se decompõe nas
cores que a formavam.
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3 – Noções Básicas
3.1 – Propagação Retilínea da Luz
Um dos fatos que podemos observar facilmente sobre o
comportamento da luz é que, quando ela se propaga em um meio homogêneo, a
propagação é retilínea. Isso pode ser constatado quando a luz do Sol passa
através da fresta da janela, penetrando em um quarto escurecido. Sabendo-se que
a luz se propaga em linha reta, podemos determinar o tamanho e posição da
sombra de um objeto sobre um anteparo. Na figura, abaixo, uma pequena lâmpada
emite luz que se propaga em linha reta em todas as direções. Um objeto opaco,
colocado em frente a lâmpada e um anteparo, interrompe a passagem de parte
desta luz, originando a sombra. O contorno desta sombra é definido pelas retas que saem da lâmpada e
tangenciam o objeto.
3.2 – Raio de Luz
Raio de luz é uma linha
orientada que representa a direção e o sentido de propagação da luz.
importante:
Ao conjunto de raios de luz provenientes de uma mesma
fonte damos o nome de feixe luminoso, que pode ser dividido em convergente, divergente e paralelo.
Uma importante propriedade da luz é a
independência que se observa na propagação dos raios ou feixes luminosos. Após
dois feixes se cruzarem, eles seguem as mesmas trajetórias que iriam seguir se
não tivessem se cruzado, isto é, um feixe não interfere no outro.
3.3 – Fonte de Luz
Para enxergarmos um objeto
qualquer é necessário que a luz proveniente dele atinja nossos olhos. Esse
objeto é uma fonte de luz.
As fontes de luz podem ser:
F Primária ou corpo luminoso: é aquela que produz a luz
que emite. Exemplos: as estrelas, e em particular o Sol, são exemplos de fontes
primárias, pois a luz emitida é produzida por reações nucleares ocorridas na
própria estrela. Um ferro incandescente, uma vela acesa, uma lâmpada ligada são
outros exemplos.
F Secundária ou corpo iluminado: é aquela que não produz
a luz que emite, mas apenas a reflete. Exemplos: a lua, esta página, o teu
corpo, etc.
3.4 – Meios de Propagação
Quanto
à propagação da luz os meios são classificados em:
F Meios Transparentes: são aqueles que permitem a
propagação da luz. Exemplos: vácuo, ar atmosférico, vidro liso comum, água em
fina camada, etc.
F Meios Opacos: são aqueles que não permitem a
propagação da luz. Exemplos: madeira, metal, tijolo, etc.
Meios Translúcidos: são aqueles que difundem a luz que
os atravessa, sendo impossível distinguir através deles, a nitidez dos objetos.
Exemplos: vidro fosco, papel vegetal, neblina, etc.
3.5 – Sombras, Penumbras e Eclipses
Uma
das grandes aplicações deste assunto é o Eclipse. Ao longo de seu movimento em
torno da Terra, vez ou outra a Lua passa pelo segmento da reta que une o Sol e
a Terra: nesse caso, a visão do Sol pode ficar total ou parcialmente obstruída
pela Lua, e dizemos que ocorreu um eclipse solar. É fácil verificar pela figura
abaixo que tal eclipse só pode ocorrer nas épocas de Lua Nova (LN).
Em épocas de Lua Cheia (LC), esta pode cruzar a
reta que passa pelo Sol e pela Terra; ora, como a Lua é um corpo iluminado, ao
passar pelo cone de sombra da Terra criado pelo Sol, momentaneamente deixará de
receber luz e, portanto de ser visível; ocorre então o eclipse lunar.
3.6 – Câmara Escura de Orifício
A
câmara escura de orifício é uma caixa de paredes opacas tendo em uma das
paredes, um pequeno orifício. Considere um objeto AB colocado em frente à
câmara. Os raios de luz provenientes do objeto atravessam o orifício e formam
na parede oposta uma figura semelhante ao objeto e invertida, que recebe o nome
de “imagem”.
Por semelhança de triângulos:
A
câmara escura de orifício representa o princípio básico de funcionamento de uma
máquina fotográfica.
Vídeos:
