DISCIPLINA DE FÍSICA

PROFESSOR MARCOS AURÉLIO

ÓPTICA – INTRODUÇÃO A ÓPTICA

UNIDADE 1: INTRODUÇÃO A ÓPTICA (RESUMO 1)

1- ÓPTICA:

Constitui a divisão da Física que estuda a LUZ e os FENÔMENOS LUMINOSOS. Por questões didáticas, tem seu estudo subdividido nas seguintes áreas: - ÓPTICA GEOMÉTRICA. - ÓPTICA FÍSICA. - OPTICA FISIOLÓGICA.

2- APLICAÇÕES DA ÓPTICA:

Os estudos de óptica apresentam variadas aplicações que passam: - na oftalmologia pela compreensão de como a imagem se forma no globo ocular, quais os defeitos de visão e como podemos corrigi-los; - na confecção de instrumentos ópticos, tais como, as lupas, telescópios e microscópios ópticos, periscópios, lunetas, binóculos e similares; - na tecnologia de transmissão de dados por meio fibras óticas; - na medicina diagnóstica através de endoscópios na gastrenterologia, de ortoscópios na oftalmologia, de otoscópio no otorrinolaringologia dentre outros; - na astronomia através do estudo da luz emitida ou refletida por sistemas cósmicos, como estrelas e planetas; - em inúmeras áreas do cotidiano.

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ÓPTICA GEOMÉTRICA: Constitui o estudo da descrição geométrica dos fenômenos luminosos, tais como os fenômenos da reflexão e refração da luz, sem se ocupar com o estudo da natureza física da luz. No estudo da óptica geométrica são estudadas a trajetórias dos “raios” ou dos “feixes” de luminosos, os ângulos de incidência, reflexão e refração, bem como a velocidade com que a luz se propaga, dentre outros aspectos.

ÓPTICA FÍSICA: Constitui o estudo da natureza física da luz, ou seja, estuda o que é a luz. Na óptica física são estudados os modelos corpuscular e ondulatório da luz, os quais a descrevem como possuidora de uma natureza dualística, ou seja, para uma grande variedades de fenômenos ópticos, a luz é considerada uma onda eletromagnética, enquanto, que para alguns fenômenos como o efeito fotoelétrico a luz é concebida como um conjunto de “pacotes unitários de energia radiante”, denominados fótons, os quais podem ser considerados como “corpúsculos” de luz.

ÓPTICA FISIOLÓGICA: Constitui o estudo dos fenômenos luminosos associados ao sentido da visão. A óptica fisiológica estuda a formação da imagem nos olhos emetropes (visão normal) e nos olhos ametropes (acometidos de algum defeito de visão, tais como: a miopia, hipermetropia, presbiopia, astigmatismo e estrabismo.

3- CONCEITOS ONDULATÓRIOS:

A luz é uma forma de energia radiante que se propaga por meio de ondas eletromagnéticas, sendo assim, devemos compreender alguns conceitos e aspectos associados as ondas.

3.1- ONDAS:

Podemos considerar que uma onda é uma perturbação que propaga energia sem deslocar matéria.

Podemos considerar que a medida em que a onda se propaga no eixo (x) (dimensão horizontal), as partículas assinaladas acima oscilarão para cima e para baixo no eixo (y) (dimensão vertical), não sofrendo deslocamento no eixo (x).

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3.2 ELEMENTOS DE UMA ONDA:

Os principais elementos de uma onda são: o comprimento de onda, o período de onda, a amplitude da onda, a frequência de oscilação da onda, a velocidade de propagação da onda e a energia associada a onda.

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3.3- CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS:

Os diferentes tipos de ondas podem ser classificados segundo alguns critérios, tais como: quanto a natureza física da onda , quanto as dimensões de propagação da onda, quanto a relação entre as direções de oscilação e propagação da onda.

1° CRITÉRIO DE CLASSIFICAÇÃO: quanto a

natureza física da onda, essas são classificadas em

ondas mecânicas e eletromagnéticas.

ONDA MECÂNICA: Onda que se propaga apenas

em meios materiais através da agitação das

partículas. Exemplos: pulsos numa corda, ondas na

superfície de um líquido, som, infrassom, ultrassom, etc.

ONDA ELETROMAGNÉTICA: Onda que se propaga

no vácuo e em alguns meios materiais estando associada

a oscilação de um campo eletromagnético. Exemplos: luz

visível, raios ultravioletas, raios infravermelhos, raios X,

raios gama, raios cósmicos, etc.

2° CRITÉRIO DE CLASSIFICAÇÃO:

Quanto as Direções de Vibração e

Propagação.

ONDA LONGITUDINAL: Onda na qual as

direções de propagação e oscilação (vibração)

coincidem. Exemplos: som, mola oscilando

longitudinalmente, etc.

ONDA TRANSVERSAL: Onda na qual as

direções de propagação e de oscilação (vibração)

são perpendiculares. Exemplos: todas as ondas

eletromagnéticas, corda oscilando

transversalmente, etc.

3° CRITÉRIO DE CLASSIFICAÇÃO: Quanto

a Direção de Propagação.

ONDA UNIDIMENSIONAL: Onda que se

propaga em uma direção. Exemplo: pulso numa

corda.

ONDA BIDIMENSIONAL: Onda que se

propaga em duas direções. Exemplo: ondas

circulares na superfície de um líquido.

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ONDA TRIDIMENSIONAL: Onda que se propaga em

três direções. Exemplo: som.

4- ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO:

Constitui um conjunto de radiações eletromagnéticas ordenadas de acordo com suas frequências oscilatórias ou de comprimento de onda.

5- LUZ VISÍVEL:

Constitui uma forma de energia radiante que se propaga através de ondas eletromagnéticas, transversais e tridimensionais com frequência oscilatória que varia de 400 THz a 790 THz (terahertz) e velocidade de propagação no vácuo igual a 300 000 km/s (300 000 000 m/s).

LUZ VISÍVEL

Cor Frequência Comprimen

to de onda

violeta 668–

789 THz 380–450 nm

azul 606–

668 THz 450–495 nm

verde 526–

606 THz 495–570 nm

amarelo 508–

526 THz 570–590 nm

Laranja 484–

508 THz 590–620 nm

vermelho 400–

484 THz 620–750 nm

6- VELOCIDADE DA LUZ:

A luz, assim como todo onda eletromagnética apresenta uma

velocidade de propagação no vácuo aproximadamente igual a

(300 000 km/s) ou (300 000 000 m/s).

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7- FONTE DE LUZ:

Constituem todos os sistemas físicos capazes de emitir luz

própria (corpos luminosos ou fontes primárias de luz) ou refletir

luz (corpos iluminados ou fontes secundárias de luz).

As fontes de luz primárias são classificadas

conforme o esquema abaixo:

FONTE DE LUZ PRIMÁRIA INCANDESCENTE:

Emitem luz sob elevadas temperaturas.

FONTE DE LUZ PRIMÁRIA LUMINESCENTE:

Emitem luz sob baixas temperaturas. São

subdivididas em fluorescente s e fosforescentes.

FONTES PRIMÁRIAS DE LUZ LUMINESCENTES

FLUORESCENTES: Emitem luz sob baixas

temperaturas na presença de um agente

excitador. (corrente elétrica nas lâmpadas

fluorescentes e de LED)

FONTES PRIMÁRIAS DE LUZ LUMINESCENTES

FOSFORESCENTES: Emitem luz sob baixas

temperaturas mesmo na ausência de um agente

excitador. (biofosforescência no vagalume,

fosforescência no sulfeto de zinco)

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8- RAIO LUMINOSO:

Constitui o ente geométrico que permite representar a

direção e o sentido de propagação da luz. (não possui

existência real).

9- FEIXE LUMINOSO:

Constitui um conjunto de raios de luz.

10- PONTOS LUMINOSOS:

PONTO OBJETO: São os vértices do feixe

luminoso incidente.

Ponto objeto real

Ponto objeto virtual

Ponto objeto impróprio

PONTO IMAGEM: São os vértices do feixe

luminoso emergente.

Ponto imagemrealPonto imagemreal

Ponto imagemvirtual

Ponto imagem impróprio

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11- FENÔMENOS LUMINOSOS:

Existem vários fenômenos físicos que ocorrem quando a

luz se propaga tais como: reflexão, difusão, refração,

absorção, difração, polarização, efeito fotoelétrico. A

princípio, destacamos para estudo os seguintes

fenômenos:

12- MEIOS ÓPTICOS:

Constituem os meios materiais nos quais a luz interage.

MEIO ÓPTICO TRANSPARENTE: Permite a passagem dos raios de luz com desvios pouco

acentuados, possibilitando uma nítida visualização através

dos mesmos. (vidro transparente, água limpa em repouso).

MEIO ÓPTICO TRANSLÚCIDO: Permite a passagem dos raios de luz com desvios bem

acentuados, o que possibilita uma visualização não nítida

através dos mesmos. (vidro martelado, canelado, fosco,

água limpa em movimento -cascata).

MEIO ÓPTICO OPACO: Não permite a passagem dos raios de luz, o que

impossibilita a visualização através dos mesmos.

(alvenaria, pedra,etc).

13- PRINCÍPIOS DA ÓPTICA

GEOMÉTRICA:

Constituem os princípios físicos sob os quais se

assentam os estudos da óptica geométrica.

PRINCÍPIO DA PROPAGAÇÃO RETILÍNEA DA

LUZ: Nos meios ópticos transparentes a luz se propaga

em linha reta.

A projeção da sombra (S) de um corpo (C) por uma

fonte (F) sobre um anteparo (A) evidencia que a

luz se propaga em linha reta.

Os eclipses são explicados por meio da

propagação retilínea da luz.

SOL

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PRINCÍPIO DA INDEPENDÊNCIA DOS RAIOS

DE LUZ: Quando raios de luz se cruzam, cada um deles

segue seu trajeto como se os outros não

existissem.

A projeção de imagens invertidas nas câmaras escuras de

orifício são explicadas pela propagação retilínea da luz.

PRINCÍPIO DA REVERSIVILIDADE DO

CAMINHO ÓPTICO: A trajetória seguida pela luz independe do sentido

de sua propagação.

EXEMPLO:

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14- SOMBRA E PENUMBRA:

Quando a fonte de luz é extensa (AB), definem-se a

região da sombra, que não recebe luz, e a região de

penumbra, parcialmente iluminada.

Quando a fonte de luz é pontual, define-se a região de

sombra, que não recebe luz.

EXEMPLO:

15- ECLIPSES:

Constituem alinhamentos astronômicos nos quais

ocorre projeção da sombra de um dado astro na

superfície do outro.

ECLIPSE SOLAR: Ocorre quando a sombra da Lua (lua nova) é projetada

na face da Terra.

ECLIPSE LUNAR: Ocorre quando a sombra da Terra é projetada na face

da Lua (lua cheia).

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O eclipse solar é um fenômeno astronômico que

ocorre quando o Sol é ocultado totalmente ou

parcialmente pela projeção da sombra da Lua sobre a

face da Terra. Esse fenômeno astronômico ocorre

sempre que o Sol, o planeta Terra e o satélite natural

Lua se encontram próximos ou em perfeito

alinhamento, de tal modo, que a Lua encontra-se

entre o Sol e o planeta Terra e essa se encontra na

fase de lua nova.

O eclipse lunar é um fenômeno astronômico

que ocorre quando a Lua é ocultada

totalmente ou parcialmente pela projeção da

sombra do planeta Terra sobre a face da Lua.

Esse fenômeno astronômico ocorre sempre

que o Sol, o planeta Terra e o satélite natural

Lua se encontram próximos ou em perfeito

alinhamento, de tal modo, que o planeta

Terra encontra-se entre o Sol e a Lua e essa

se encontra na fase de lua cheia.

16- CORES:

A luz branca é policromática, ou seja, é constituída por

uma infinidade de luzes monocromáticas, as quais, podem

ser divididas em sete cores principais:

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Em termos de luz as CORES PRIMÁRIAS são a luzes

monocromáticas de cores AZUL, VERMELHO E VERDE.

Em termos de luz as CORES SECUNDÁRIAS são a luzes

monocromáticas de cores LARANJA, AMARELO, ANIL,

VIOLETA,.....

As cores dos sistemas físicos estão associadas a

luzes monocromáticas que esses sistemas são

capazes de refletir.

Num recinto à prova de luz externa,

iluminado por uma fonte luminosa

vermelha, está um indivíduo de visão

normal. Sobre uma mesa estão dois

discos de papel, sendo um branco e

outro azul (sob luz solar). Os discos têm

a mesma dimensão e estão igualmente

iluminados pela fonte de luz vermelha.

Em que cores o indivíduo observará os

discos?

EXEMPLO:

Resposta: O disco branco é visto

vermelho, pois, se esse disco é

branco é porque o mesmo reflete

todas as cores, inclusive a luz

monocromática vermelha. O disco

azul parecerá negro. pois, por ser

azul esse reflete apenas a luz

monocromática azul, a qual não está

presente na luz emitida pela fonte

luminosa vermelha.