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:

c = 3,0 . 108 m/s

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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Sumário

- Raio de Luz
- Cor da Luz
- Velocidade da Luz
i. Ano-Luz
- Reflexão e Refração da Luz
i. Reflexão Regular e Reflexão Difusa
- A cor de um corpo
i. Corpos transparentes, translúcidos e opacos
- Princípios da Óptica Geométrica
1. Meios Homogêneos e Isótropos
2. Princípio da Propagação Retilínea
i. Penumbra
ii. Eclipses
iii. As Fases da Lua
iv. Câmara Escura de Orifício
v. Ângulo Visual
3. Princípio da Independência dos Raios Luminosos
4. Princípio da Reversibilidade dos Raios
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