Óptica Geométrica

Óptica Geométrica

Raio de Luz

Nesta aula iniciaremos o estudo da luz, estudo este que é chamado de óptica. Mais adiante, no estudo das ondas, falaremos da natureza da luz. Porém, é possível estudar a propagação da luz sem nos preocuparmos com sua natureza. Esse estudo é chamado de óptica geométrica, pois a propagação da luz é representada por linhas, denominadas raios de luz.

Quando temos uma fonte de luz puntiforme, isto é, de tamanho desprezível, a luz é emitida em todas as direções (Fig. 1), representadas pelos raios.

No entanto, usando alguns dispositivos, como por exemplo uma lente (que será estudada mais tarde), é possível obter um feixe de luz se propagando numa única direção, como ilustra a Fig. 2.

Cor da Luz

No estudo das ondas veremos o que determina a cor da luz. Por enquanto nos limitaremos a reconhecer que existem situações em que a luz é de uma única cor; neste caso a luz é chamada de monocromática. As sete cores monocromáticas principais são as que aparecem no arco-íris (Fig. 3).

Na maioria das vezes a luz apresenta uma mistura de várias cores e, nesse caso, é chamada de policromática. A luz branca é uma mistura de todas as cores.

Velocidade da Luz

No vácuo, qualquer que seja a cor, a luz se propaga sempre com a mesma velocidade. Essa velocidade é representada por c e seu valor é:

Há meios materiais, através dos quais a luz consegue se propagar, como por exemplo a água e o vidro. Nesses meios a velocidade da luz depende da cor. Assim, por exemplo, na água, uma luz verde tem velocidade diferente de uma luz azul.

Ano-Luz

Os astrônomos costumam usar uma unidade de comprimento chamada de ano-luz. Por definição, o ano-luz é a distância percorrida pela luz, em um ano, no vácuo. Lembrando que:

1 ano 365 dias

1 dia = 24 horas

1 hora = 3600 segundos

temos:

1 ano (365) (24) (3600) segundos 3,15 . 10⁷ s

Assim, como a velocidade da luz no vácuo é:

v = c = 3,0 . 10⁸ m/s

obtemos:

1 ano-luz (3,0 . 10⁸ m/s) (3,15 . 10⁷s)

1 ano-luz 9,5 . 1015m

Reflexão e Refração da Luz

Quando um feixe de luz, que se propaga inicialmente em um meio A (Fig. 4) encontra um outro meio B, podem ocorrer três fenômenos:

1º) Uma parte da luz volta para o meio A. Esse fenômeno é chamado reflexão e a luz que volta é chamada de luz refletida.

2º) Uma parte da luz passa para o meio B. Esse fenômeno é chamado refração e a luz que passa para o meio B é chamada de refratada.

3º) Uma parte da luz pode ser absorvida pelo meio, transformando-se em outra forma de energia como, por exemplo, calor.

Dependendo da natureza do meio B, poderemos ter apenas um dos fenômenos, ou dois fenômenos ou os três fenômenos.

Reflexão regular e reflexão difusa

Quando a luz incide sobre um corpo metálico bastante liso, ocorre a reflexão regular. Isto significa que um feixe de raios paralelos (Fig. 5) reflete-se de modo que os raios refletidos são também paralelos.

Quando a superfície de separação dos dois meios for áspera, ocorre a chamada reflexão difusa. Isto significa que se um feixe de raios paralelos incide na superfície, os raios refletidos não serão paralelos mas se espalharão em todas as direções (Fig. 6).

A cor de um corpo

A luz do Sol e a das lâmpadas comuns é uma luz branca que é uma mistura de todas as cores. Quando essa luz incide sobre um corpo, dependendo do material de que é feito o corpo, pode haver reflexão de algumas cores e absorção de outras. Assim, um corpo que nos parece verde é porque ele reflete difusamente o verde e absorve as outras cores. Um corpo que nos parece branco, reflete todas as cores. Um corpo que nos parece negro absorve todas as cores.

Exemplo 1

Um corpo, ao ser iluminado com luz branca, apresenta-se azul. Se esse corpo foi iluminado com luz monocromática verde, que cor apresentará?

Resolução

Ao ser iluminado com luz branca, o corpo nos parece azul. Isto significa que ele reflete o azul e absorve todas as outras cores. Portanto, ao ser iluminado com luz monocromática verde, absorverá o verde e não refletirá nada. Portanto no parecerá negro.

Corpos transparentes, translúcidos e opacos

Dizemos que um determinado meio é transparente quando ele permite que a luz se propague de modo regular, de modo que possamos ver um corpo através dele. É o caso, por exemplo, do vidro liso.

Existem meios nos quais a luz se propaga de modo irregular, não permitindo a visualização nítida dos corpos. Tais meios são chamados de translúcidos. Como exemplos podemos citar o vidro fosco e o papel vegetal.

Um meio é chamado opaco quando não permite que a luz se propague através dele. É o caso, por exemplo, da madeira e do tijolo.

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