COLÉGIO ESTADUAL LUÍS EDUARDO MAGALHÃES
SERIE:2ºANO
TURMA:D
SERIE:2ºANO
TURMA:D
TURNO : MUTUTINO
PROFESSOR:MARCOS PAULO
VANUZA SENA
ÉLISON
DENÍRIA E
VANESSA GOMES
sexta-feira, 11 de novembro de 2011
Conceitos Fundamentais da Óptica
Conceitos Fundamentais da Óptica
Alguns conceitos são fundamentais para a compreensão dos fundamentos da óptica. São eles:
A. Corpos Luminosos e Iluminados
As fontes de luz se classificam em dois tipos: fontes de luz primárias e fontes de luz secundárias.
Corpos Luminosos (ou Fonte de Luz Primária)
Corpos Luminosos (ou Fonte de Luz Primária)
São os que emitem luz própria. Por exemplo: o Sol, uma lâmpada elétrica incandescente ou fluorescente e um lampião.
Corpos Iluminados (ou Fonte de Luz Secundária)
São os que refletem a luz proveniente de uma fonte de luz primária. Por exemplo: a Lua, uma parede de uma sala que difunde no ambiente a luz recebida de uma lâmpada.
Corpos Iluminados (ou Fonte de Luz Secundária)
São os que refletem a luz proveniente de uma fonte de luz primária. Por exemplo: a Lua, uma parede de uma sala que difunde no ambiente a luz recebida de uma lâmpada.
Fonte de Luz Puntiforme
Uma fonte de luz é chamada de puntiforme quando as suas dimensões são desprezíveis em relação à distância do objeto iluminado.
Por exemplo: uma vela longe do objeto iluminado.
Fonte de Luz Extensa
Uma fonte de luz é chamada de extensa quando suas dimensões são consideráveis em relação à distância do objeto iluminado.
Exemplo: uma vela próxima ao objeto iluminado.
B. Meios Ópticos
Um meio é dito opaco quando a luz praticamente não se propaga nele. Exemplos: madeira e metais. Diz-se translúcido quando a luz se propaga, mas percorrendo caminhos imprevisíveis devido à heterogeneidade do meio. E, finalmente, diz-se transparente quando a luz se propaga a grandes distâncias e segundo trajetórias previsíveis e bem determinadas. Note que um meio, por exemplo, a água, pode ser considerado transparente se a espessura da camada de água permitir a passagem da luz nas condições descritas acima, e pode ser considerado opaco se a espessurada da camada de água for considerável, como no caso dos fundos dos oceanos.
C. Raios de Luz
É uma linha orientada que mostra o sentido de propagação da luz num meio.
D. Feixe de Luz e Pincel de Luz
Em frente a uma vela, colocamos um anteparo com um pequeno furo. A vela é acesa e ilumina a região mostrada na figura abaixo. Esse espaço, por onde a luz se propaga, é chamado pincel de luz. Um feixe de luz é constituído pelos infinitos pincéis de luz provenientes de uma fonte luminosa.
Eles podem ser classificados:
I) Pincel Cônico Convergente: quando os raios de luz convergem para um ponto. | II) Pincel Cônico Divergente: quando os raios de luz divergem de um ponto. | III) Pincel Cilíndrico: quando os raios de luz são paralelos. |
Reflexao da Luz
Reflexão da Luz
É fácil visualizar que em meio homogêneo a luz se propaga em linha reta e em virtude desse fato há o aparecimento das sombras. Uma lâmpada emite luz em todas as direções. Colocando um elemento opaco (que não deixa passar luz através dele) entre a lâmpada e um anteparo, ocorrerá a formação da sombra do objeto.
Imagine um feixe de luz, o qual se propagando no ar encontra uma superfície lisa como, por exemplo, um bloco de vidro transparente. Em razão desse material ser transparente, parte da luz penetra nele e a outra parte volta para o meio de onde veio, neste caso, o ar. Os raios de luz que atingem a superfície lisa do vidro são chamados de raios incidentes e os raios de luz, que após incidirem, retornam para o meio de propagação, são chamados de raios refletidos. Se a superfície que os raios luminosos incidirem for totalmente lisa, os raios refletidos serão bem definidos. Esse acontecimento recebe o nome de reflexão especular, pois isto é observado quando os raios de luz são refletidos na superfície de um espelho.
Quando os raios de luz atingem uma superfície irregular, apenas uma pequena parte reflete a luz em determinada direção, o restante da superfície fará com que os raios sejam refletidos em todas as direções e, dessa maneira, não serão bem definidos. Quando isso acontece, dizemos que ocorreu reflexão difusa, ou seja, houve difusão da luz pela superfície. Esse tipo de reflexão acontece com a maioria dos corpos, e se não fosse deste modo, não conseguiríamos enxergar os objetos que fazem parte do nosso cotidiano. Assim como na difusão, a luz se espelha em inúmeras direções e, dessa forma, várias pessoas em diferentes posições podem ver o mesmo objeto.
Existem duas importantes leis que regem a reflexão da luz, e o conjunto delas é denominado de Leis da Reflexão:
1° Lei - a normal à superfície, o raio incidente e o raio refletido estão situados no mesmo plano.
2° Lei - o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão, ou seja, i =r.
Espelho Esféricos
Por Leopoldo Toffoli
Espelho esférico é constituído de uma superfície lisa e polida com formato esférico. Se a parte refletora for interna será um espelho côncavo caso a superfície refletora seja a parte externa será um espelho convexo.
A posição e o tamanho das imagens formadas pelos espelhos esféricos podem ser determinados a partir do comportamento dos raios que saem do objeto e incidem o espelho, podemos pegar apenas três raios notáveis para determinar as características da imagem:
1- Todo raio que incide paralelamente ao eixo principal é refletido passando pelo foco(F), e o caminho inverso também ocorre.
2- Todo raio que incide sobre o centro de curvatura(C) reflete-se sobre si mesmo.
3- Todo raio que incide sobre o vértice(V) é refletido simetricamente em relação ao eixo principal. O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.
Características das imagens nos espelhos esféricos
As características das imagens nos espelhos esféricos mudam de acordo com quando mudamos a posição do objeto na frente do espelho.
Temos dois tipos de imagem, virtual e real:
*Imagem virtual: é vista no ponto de encontro dos prolongamentos dos raios refletidos
*Imagem real: é vista em um ponto onde realmente passam os raios refletidos
Podemos dizer como as imagens irão se comportar sabendo qual a posição do objeto em relação ao espelho:
Espelhos Côncavos
1- Objeto localizado antes do centro de curvatura(C):
A imagem é real, está posicionada entre o centro de curvatura(C) e o foco(F), é invertida e o seu tamanho é menor que o objeto.
2- Objeto localizado sobre o centro de curvatura (C):
A imagem é real, está posicionada sobre o centro de curvatura(C), é invertida e tem o mesmo do objeto.
3- Objeto localizado entre o centro de curvatura (C) e o foco (F):
A imagem é real, está posicionada antes do centro de curvatura(C), é invertida e o seu tamanho é maior que o objeto.
4- Objeto localizado sobre o foco(F):
A imagem é imprópria, pois os raios de luz saem paralelos.
5- Objeto localizado entre o foco(F) e o vértice(V):
A imagem é virtual, está posicionada atrás do espelho ou depois do vértice(V), é direita e o seu tamanho é maior que o objeto.
Os espelhos côncavos são muito usados por mulheres para passar maquiagem no rosto, pois amplia a imagem.
Espelhos Convexos
A imagem nos espelhos convexos sempre será virtual, estará posicionada entre o foco(F) e o vértice(V), será direita e o seu tamanho será menor que o objeto.
Os espelhos convexos são bastante utilizados nos retrovisores direito dos carros, pois diminui a imagem para que caibam mais imagens no espelho, dando assim uma ampla visão.
Refraçao da Luz
Refração da Luz
O raio de luz encontra uma maior dificuldade de se propagar na água, esta dificuldade faz com que a velocidade da luz diminua e muda a direção do raio de luz.
A refração da luz acontece sempre que a luz muda de um meio para outro, por exemplo, quando os raios de luz provenientes do sol entram na atmosfera terrestre.
A refração da luz é um fenômeno que não acontece isoladamente, isto é, não existe uma refração perfeita. O raio de luz, quando muda de meio, sofre também reflexão, além da refração. Observe a figura abaixo, onde um raio de luz sai do ar e entra no vidro. Parte da luz é refletida e outra parte sofre a refração, entrando no vidro com menor velocidade e com uma direção diferente.
A dificuldade que a luz sofre ao percorrer um meio é indicada pelo índice de refração do meio. Este índice de refração é um número adimensional que é definido pela razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio.
n = c / v
Lembrando que a velocidade da luz no vácuo é c = 3.108m/s
Na refração da luz obedecemos à lei de Snell – Descartes:
n1.sen(i )= n2.sen(r)
onde n1 é o índice de refração do meio 1 e sem(i) o seno do ângulo de incidência.
n2 o índice de refração do meio 2 e sem(r) o seno do ângulo de refração.
Observe nos nossos exemplos que, ao passar de um meio menos refringente (ar) para um meio mais refringente (vidro ou água), o raio de luz se aproxima da reta normal.
Nos próximos textos veremos outros fenômenos ópticos e suas aplicações no estudo das lentes.
A refração da luz faz com que uma piscina pareça ser rasa.
No ar a dificuldade da luz para se propagar é baixa. Assim para resolvermos exercícios podemos considerar o índice de refração também igual a 1.
Nos demais meios a luz tem dificuldade considerável para se propagar por isso o índice de refração da luz nesses casos é maior que 1.
Uma observação entre dois meios considerados é que aquele que apresentar maior índice de refração será dito mais refringente e o que apresentar menor índice de refração será o menos refringente.
Outra observação importante deve ser feita quando a luz, propagando-se num meio, passa para outro e muda de direção aproximando-se da reta normal (N). Nessa situação sua velocidade de propagação é menor no segundo meio.
Se a passagem da luz ocorre no sentido inverso, com velocidade de propagação maior no segundo meio, a luz afasta-se da reta normal (N). Veja as figuras abaixo:
Aproxima-se da normal – V1 > V2
Afasta-se da normal
A refração acontece quando a luz passa de um meio para outro. Na figura abaixo, quando a luz passa do ar para a água, é observado um desvio na direção do raio de luz. Este fenômeno é conhecido como refração da luz.
O raio de luz encontra uma maior dificuldade de se propagar na água, esta dificuldade faz com que a velocidade da luz diminua e muda a direção do raio de luz.
A refração da luz acontece sempre que a luz muda de um meio para outro, por exemplo, quando os raios de luz provenientes do sol entram na atmosfera terrestre.
A refração da luz é um fenômeno que não acontece isoladamente, isto é, não existe uma refração perfeita. O raio de luz, quando muda de meio, sofre também reflexão, além da refração. Observe a figura abaixo, onde um raio de luz sai do ar e entra no vidro. Parte da luz é refletida e outra parte sofre a refração, entrando no vidro com menor velocidade e com uma direção diferente.
A dificuldade que a luz sofre ao percorrer um meio é indicada pelo índice de refração do meio. Este índice de refração é um número adimensional que é definido pela razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio.
n = c / v
Lembrando que a velocidade da luz no vácuo é c = 3.108m/s
Na refração da luz obedecemos à lei de Snell – Descartes:
n1.sen(i )= n2.sen(r)
onde n1 é o índice de refração do meio 1 e sem(i) o seno do ângulo de incidência.
n2 o índice de refração do meio 2 e sem(r) o seno do ângulo de refração.
Observe nos nossos exemplos que, ao passar de um meio menos refringente (ar) para um meio mais refringente (vidro ou água), o raio de luz se aproxima da reta normal.
Nos próximos textos veremos outros fenômenos ópticos e suas aplicações no estudo das lentes.
A refração da luz faz com que uma piscina pareça ser rasa.
Vamos iniciar nosso estudo enunciando a seguinte experiência: ao nos colocarmos do lado de fora de uma piscina cheia de água e olhar em direção ao fundo dela vamos perceber que seu fundo parece estar em altura diferente. Essa diferença acontece por causa do fenômeno óptico de refração da luz.
A refração é o fenômeno que ocorre com a luz quando ela passar de um meio homogêneo e transparente para outro meio também homogêneo e transparente, porém diferente do primeiro. Nessa mudança de meio, podem ocorrer mudanças na velocidade de propagação e na direção de propagação.
Meio homogêneo: é o meio no qual todos os pontos apresentam as mesmas propriedades físicas, como a densidade, pressão e temperatura.
Meio transparente: é o meio através do qual podemos visualizar nitidamente os objetos.
Meio isotrópico: é o meio no qual a velocidade da luz é a mesma em qualquer que seja sua direção de propagação.
Índice de refração absoluto
O fato de a velocidade de propagação da luz depender do meio possibilita caracterizá-lo opticamente. Isso é entendido com uma propriedade óptica do meio e recebe o nome de índice de refração absoluto. Seu valor é dado pela seguinte relação:
A refração é o fenômeno que ocorre com a luz quando ela passar de um meio homogêneo e transparente para outro meio também homogêneo e transparente, porém diferente do primeiro. Nessa mudança de meio, podem ocorrer mudanças na velocidade de propagação e na direção de propagação.
Meio homogêneo: é o meio no qual todos os pontos apresentam as mesmas propriedades físicas, como a densidade, pressão e temperatura.
Meio transparente: é o meio através do qual podemos visualizar nitidamente os objetos.
Meio isotrópico: é o meio no qual a velocidade da luz é a mesma em qualquer que seja sua direção de propagação.
Índice de refração absoluto
O fato de a velocidade de propagação da luz depender do meio possibilita caracterizá-lo opticamente. Isso é entendido com uma propriedade óptica do meio e recebe o nome de índice de refração absoluto. Seu valor é dado pela seguinte relação:
Onde:
c – velocidade da luz no vácuo (c = 3 . 108 m/s = 3 . 105 km/s)
v – velocidade da luz no meio considerado (m/s no SI)
n – índice de refração absoluto do meio (adimensional, ou seja, não possui unidade de medida)
No vácuo a luz não encontra dificuldade para se propagar. Portanto o índice de refração absoluto do vácuo é sempre 1.c – velocidade da luz no vácuo (c = 3 . 108 m/s = 3 . 105 km/s)
v – velocidade da luz no meio considerado (m/s no SI)
n – índice de refração absoluto do meio (adimensional, ou seja, não possui unidade de medida)
No ar a dificuldade da luz para se propagar é baixa. Assim para resolvermos exercícios podemos considerar o índice de refração também igual a 1.
Nos demais meios a luz tem dificuldade considerável para se propagar por isso o índice de refração da luz nesses casos é maior que 1.
Uma observação entre dois meios considerados é que aquele que apresentar maior índice de refração será dito mais refringente e o que apresentar menor índice de refração será o menos refringente.
Outra observação importante deve ser feita quando a luz, propagando-se num meio, passa para outro e muda de direção aproximando-se da reta normal (N). Nessa situação sua velocidade de propagação é menor no segundo meio.
Se a passagem da luz ocorre no sentido inverso, com velocidade de propagação maior no segundo meio, a luz afasta-se da reta normal (N). Veja as figuras abaixo:
Aproxima-se da normal – V1 > V2
Afasta-se da normal
Lentes Esférico
Lentes esféricas
Dentre todas as aplicações da óptica geométrica, a que mais se destaca pelo seu uso no cotidiano é o estudo das lentes esféricas, seja em sofisticados equipamentos de pesquisa astronômica, ou em câmeras digitais comuns, seja em lentes de óculos ou lupas.
Chamamos lente esférica o sistema óptico constituido de três meios homogêneos e transparentes, sendo que as fronteiras entre cada par sejam duas superfícies esféricas ou uma superfície esférica e uma superfície plana, as quais chamamos faces da lente.
Para um estudo simples consideraremos que o segundo meio é a lente propriamente dita, e que o primeiro e terceiro meios são extamente iguais, normalmente a lente de vidro imersa em ar.
Tipos de lentes
Dentre as lentes esféricas que são utilizadas, seis delas são de maior importância no estudo de óptica, sendo elas:
Lente biconvexa
É convexa em ambas as faces e tem a periferia mais fina que a região central, seus elementos são:
Lente plano-convexa
É plana em uma das faces e convexa em outra, tem a perferia mais fina que a região central, seus elementos são:
Lente côncavo-convexa
Tem uma de suas faces côncava e outra convexa, tem a periferia mais fina que a região central. Seus elementos são:
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