1. O documento discute conceitos básicos de óptica geométrica, incluindo a natureza da luz, fontes de luz, propagação da luz em meios transparentes, reflexão e refração. 2. Apresenta os princípios da óptica geométrica, como a propagação retilínea da luz e a independência dos raios luminosos. 3. Explica fenômenos como reflexão, refração, absorção e a formação de cores, e dispositivos como espelhos planos e esféricos.
2. 1. Conceitos básicos:
LUZ é Energia radiante que se propaga por
meio de ondas eletromagnéticas.
A luz se propaga com velocidade c constante
em um meio homogêneo
(no vácuo c = 300 000 000 m/s ou 3.10
8
m/s).
3. FONTES DE LUZ
Fontes primárias: tem um mecanismo
próprio para emissão de luz.
Fontes secundárias: recebem luz de
outra fonte e emite parte dela.
4. Conceitos básicos da Óptica
geométrica
Raio de luz: São linhas que representam
graficamente a direção e o sentido de
propagação da luz.
Feixe de luz: conjunto de raios.
Cônico convergente cônico divergente cilíndrico
5. MEIOS DE PROPAGAÇÃO DA LUZ
Meio Transparente:
Meio Translúcido:
Meio Opaco:
7. REFRAÇÃO: Ocorre quando a luz
muda o meio de propagação
REGULAR DIFUSA
8. ABSORÇÃO
A energia luminosa é convertida em
outra forma de energia
OBS: Reflexão, Refração e Absorção
podem ocorrer simultaneamente
9. A COR DE UM CORPO
A luz branca é um conjunto de cores.
A cor do corpo é definida pela cor
refletida pelo corpo
10.
11.
12.
13.
14. Princípios da Óptica Geométrica:
1. Princípio da propagação retilínea da luz:
Em um meio transparente e homogêneo a luz se propaga
em linha reta
2. Princípio da independência da luz:
Quando dois(ou mais) raios luminosos se cruzam, cada um se
movimenta independente do outro.
3. Princípio da reversibilidade
A trajetória da luz não se modifica quando invertemos o sentido de
propagação.
15.
16. Câmara escura de orifício
É uma caixa com paredes opacas, com um
pequeno orifício onde pode passar a luz.
Quando aproximamos os objetos dessa caixa
podemos ver ao fundo a formação de uma
imagem invertida do objeto.
17. Relações entre as distâncias e
alturas
A relação podemos chegar através do conceito de
triângulos semelhantes e é dada como:
18. Sombra e Penumbra
Sombra: região do espaço onde não há iluminação.
Penumbra: região mal iluminada.
Anteparo
Fonte
Puntiforme
Obstáculo
Sombra
Fonte
extensa
Sombra
Penumbra
23. Reflexão da Luz:
Elementos da Reflexão:
S
RI N
N: reta normal
i
i: ângulo de incidência
RR
RR: raio de luz refletido
pela superfície S
r
r: ângulo de reflexão
Reflexão é o fenômeno que consiste no fato de a Luz
voltar a se propagar no meio de origem, após incidir
na superfície de separação desse meio com outro.
RI: raio de luz incidente
na superfície S;
24. 1ª Lei da reflexão
A reta normal, os raios incidentes e refletidos são
coplanares (estão no mesmo plano).
2ª Lei da reflexão
O ângulo de incidência (i) é igual ao ângulo de
reflexão (r).
25. Observações:
As leis da reflexão são válidas para quaisquer
tipos de superfícies refletoras, planas ou curvas,
pois a reflexão ocorre de maneira localizada em um
único ponto.
As leis da reflexão não dependem da cor da luz,
isto é, todas as cores sofrem reflexão exatamente
da mesma forma.
RI
N
i
RR
r
26. Incidência Rasante:
N
i = r = 90º
Os ângulos de incidência e de reflexão variam
no intervalo que vai de 0º a 90º.
as leis da reflexão
também são obedecidas
em superfícies irregulares
(Reflexão difusa).
N
Incidência Normal:
i = r = 0º
27. Espelhos planos:
É o mais simples e o primeiro dos diversos
sistemas ópticos que estudaremos.
É o único sistema óptico que é sempre
ESTIGMÁTICO (as imagens são perfeitas).
São, em geral, representados graficamente da
seguinte forma:
Lado refletor
28. Formação de Imagens no Espelho Plano:
a) Ponto material:
P
r = i
P’
d d
i
d d
P P’
b) Corpo Extenso:
A A’
B B’
C C’
29. Características da imagem:
Quanto a natureza:
Quanto a posição:
Podemos dizer que a imagem formada por um
espelho plano é SIMÉTRICA ao objeto em
relação ao plano do espelho.
A Imagem conjugada por um Espelho Plano é
sempre Virtual em relação ao Objeto Real.
30. Quanto a forma e tamanho:
Mesma forma e tamanho do objeto.
Quanto a orientação:
Direita em relação ao objeto.
ENANTIOMORFAS:
O objeto e a imagem tem a mesma forma e
tamanho mas não se encaixam por simples
sobreposição.
33. Objeto
x
Translação de um Espelho Plano:
x + x + D = (x + d) + (x + d)
2x + D = 2x + 2d
D = 2d
d é o deslocamento do espelho
D é o deslocamento da imagem
Observação:
Vi = 2.VE
Imagem 1
x
Objeto
x d x + d
Imagem 2
D
34. Rotação de um Espelho Plano:
E (depois)
RR (antes) RR (depois)
O
E (antes)
= 2.
35. E1
E2
O (objeto)
E’2
i1
E’1
i2
i'1 = i’2
Número de divisões da
circunferência (n)
4
90
360
n o
o
o
360
n
Número (N) de
imagens formadas
1
360
N
o
Associação de espelhos planos:
36. Observações:
Se (360º / ) é um número par, o objeto pode estar colocado em
qualquer posição entre os espelhos.
Se (360º / ) é um número ímpar, para se obter N imagens o objeto
deve estar sobre o plano bissetor do ângulo .
43. Determinação gráfica das imagens
conjugadas pelos espelhos esféricos:
NATUREZA: (real, virtual ou imprópria)
POSIÇÃO: (lugar em relação ao espelho)
TAMANHO: (maior, menor ou do mesmo
tamanho do objeto)
ORIENTAÇÃO: (direita ou invertida)
44. a. Espelhos Côncavos:
a.1. Objeto antes de C:
F V
C
Objeto
Imagem
Natureza: Real
Posição: Entre C e F
Tamanho: Menor
Orientação: Invertida
51. a. Convenção de Sinais:
a.1. Convenção para as ordenadas:
objeto acima do E. P. o > 0
objeto abaixo do E. P. o < 0
imagem acima do E.P. i > 0
imagem abaixo do E.P. i < 0
F V
C
E.P.
52. 0
E.P.
Luz
a.2. Convenção para as abscissas:
0
E.P.
Luz objeto real: p > 0
objeto virtual: p < 0
imagem real: p’ > 0
imagem virtual: p’ < 0
Foco (f) e raio (R):
espelho côncavo (REAL):
f > 0 e R > 0
espelho convexo(VIRTUAL):
f < 0 e R < 0
53. b. Equação dos pontos conjugados
(Equação de Gauss):
'
p
1
p
1
f
1
54. c. Equação do aumento linear transversal (A):
p
f
f
p
p
o
i
A
'
A 0 imagem direita (o + e i + ou o - e i - )
A 0 imagem invertida (o + e i - ou o - e i +)
A 1 imagem maior que objeto
A 1 imagem menor que objeto
A 1 imagem com mesmo tamanho do objeto
Observações:
56. Meio 1 (ar)
Meio 2 (água)
Refração da Luz
Elementos da refração
i
Raio
Incidente (RI)
i
Reflexão
Parcial
r
Raio
Refratado (RR)
57. Índice de Refração Absoluto (n)
v
c
n
c: vel. da luz no vácuo
(c = 3.108m/s)
v: vel. da luz no meio
Observações:
I. Como v ≤ c n ≥ 1, com n=1 no vácuo
(no ar n 1)
II. v n (mais refringente é o meio)
v n (menos refringente é o meio)
III. Ex.: Ar quente d v n ( - refringente)
Ar frio d v n ( + refringente)
58. Índice de refração relativo
A
B
B
A
B
;
A
v
v
n
n
n
4. Leis da Refração
1ªLei: RI, Normal e RR são coplanares
2ª Lei: “Lei de Snell-Descartes”
n1.seni = n2.senr
60. Meio 1 (ar)
Meio 2 (água)
i
Raio
Incidente (RI)
r
Raio
Refratado (RR)
n1 < n2
v1 > v2
i > r
n1
n2
61. Meio 1 (vidro)
Meio 2 (ar)
i
Raio
Incidente (RI)
r
Raio
Refratado (RR)
n1 > n2
v1 < v2
i < r
n1
n2
62. Meio 1 (ar)
Meio 2 (água)
Raio
Incidente (RI)
Raio
Refratado (RR)
i = 0º
r = 0º
63. Meio 2
(ar)
Meio 1
(água)
Fonte
de Luz
Ângulo Limite (L) e Reflexão Total
i1
i2
i3 i3
r1 r2=90º
A B C D
Em A, B e C: refração
e reflexão parcial
Em D: reflexão total
i2=L
64. Resumindo
I. Luz passa do meio + refringente para o
- refringente e:
i ≤ L : refração e reflexão parcial
i > L : reflexão total
II. Luz passa do meio - refringente para o
+ refringente:
para qualquer i : refração e reflexão
parcial
65. Cálculo de L
Aplicando a Lei de Snell no ponto C teremos:
n1.seni2=n2.senr2
n1.senL=n2.sen90º
senL=n2/n1
maior
menor
n
n
senL
71. C
vidro
ar
2. Comportamento Óptico das Lentes:
1º caso: nLENTE > nMEIO
(Ex. Lente: vidro; Meio: ar)
a. Borda Fina:
vidro
ar
C
N
N
Lente Convergente
b. Borda Grossa:
Lente Divergente
N
N
72. C
ar
vidro
2º caso: nLENTE < nMEIO
(Ex. Lente: ar; Meio: vidro)
a. Borda Fina:
ar
vidro
C
N
N
Lente Divergente
b. Borda Grossa:
Lente Convergente
N
N
84. 6. Construção Gráfica de Imagens:
a. Lentes Convergentes:
O
FI
Fo
Ao
AI
a.1. Objeto antes de AO :
Objeto
Imagem
Natureza: Real
Posição: Entre FI e AI
Tamanho: Menor
Orientação: Invertida
89. b. Lentes Divergentes:
O
FI
AI FO AO
Objeto
Imagem
Natureza: Virtual
Posição: Entre FI e O
Tamanho: Menor
Orientação: Direita
90. a. Convenção de sinais:
p (+) objeto real.
p (-) objeto virtual.
p’ (+) imagem real.
p’ (-) imagem virtual.
f (+) lente convergente.
7. Estudo Analítico:
f (-) lente divergente.
o(+) objeto acima do E. P.
o(-) objeto abaixo do E. P.
i(+) imagem acima do E.P.
i(-) imagem abaixo do E.P.
91. b. Equação dos pontos conjugados:
(Equação de Gauss)
'
1
1
1
p
p
f
c. Equação do aumento linear
transversal (A):
p
f
f
p
p
o
i
A
'
92. 8. O Olho Humano:
O Globo Ocular é uma esfera com
cerca de 2,5cm de diâmetro e 7g de
massa que se localiza em uma
cavidade.
1º Córnea
2º Íris
3º Pupila
4º Cristalino
5º Retina
6º Cones e
Bastonetes
7º Nervo Ótico
8º Cérebro
Fisiologia Ocular:
93.
94. CÓRNEA = É a parte da
frente do olho, onde vemos
o branco do olho e a íris. A
córnea normal é
transparente e esférica.
ÍRIS = É aquela parte
circular que dá a cor do
olho.
PUPILA = abertura central
,por onde entra a luz, seu
diâmetro varia
automaticamente com a
intensidade da luz
ambiente: no claro ela é
estreita e no escuro se
dilata.
95. CRISTALINO = É uma lente gelatinosa,
elástica e convergente que focaliza a luz
que entra no olho, formando imagens na
retina.
RETINA = É nela que se formam as
imagens das coisas que vemos. A retina é
composta de células sensíveis à luz, os
cones e os bastonetes.
NERVO ÓTICO = Canal que leva ao
cérebro as informações transmitidas pelos
bastonetes e cones.
ESCLERA = Camada externa do globo
ocular. É a parte branca do olho. Semi-
rígida, ela dá ao globo ocular seu formato
e protege as camadas internas mais
delicadas.
97. 9. Defeitos da Visão:
9.1. Miopia:
A imagem se localiza antes da retina;
O míope vê mal de longe mas bem de perto;
Para o míope, a distância para uma visão
nítida é tanto mais curta, quanto mais forte
for a miopia.
98. Franze os olhos para ver com nitidez de
longe;
Cruza-se com os seus amigos na rua
sem os reconhecer;
Conseguir ver bem de longe, será à
custa de esforço e fadiga;
A miopia corrige-se com uma lente
divergente (côncava), que recoloca a
imagem sobre a retina, e restitui uma
boa visão até ao infinito;
Quanto mais forte for a miopia, mais
espessas são as lentes nos bordos e
mais pesados.
Primeiros Sinais e Correção:
99. A imagem se localiza atrás da retina;
O hipermétrope vê mal de perto e
bem de longe;
A hipermetropia corrige-se com uma
lente convergente (convexa), que
recoloca a imagem sobre a retina.
9.2. Hipermetropia:
100.
101. Visão imperfeita, tanto de perto como de
longe;
Não tem a percepção nítida dos contrastes
entre as linhas horizontais, verticais e
oblíquas;
Curvatura da córnea, com uma forma mais
ovalada que redonda.
Corrige-se com uma lente Tórica
(Cilíndricas) cujas curvas compensem as da
córnea;
A espessura da lente não é a mesma em
toda a superfície.
9.3. Astigmatismo:
102.
103. Evolução natural da visão, que se
manifesta em todas as pessoas a partir
dos quarenta anos;
O cristalino perde a elasticidade encurva-
se de forma insuficiente e perde a
capacidade de acomodação, donde
resulta uma crescente dificuldade em ver
bem de perto e de longe;
Por insuficiência de acomodação, a
imagem forma-se atrás da retina.
9.4. Presbiopia:
104. Os seus braços já não são
suficientemente compridos para poder
ler o jornal;
Os seus filhos implicam consigo, ao
vê-la enfiar linha numa agulha;
Aproxima-se mais da luz;
Correção com lentes Bifocais.
Primeiros Sinais e Correção:
105. Desalinhamento dos olhos, onde cada
olho aponta para uma direção diferente;
Um dos olhos poderá estar olhando em
frente, enquanto o outro desvia para
dentro, para fora, para cima ou para
baixo;
As duas formas mais comuns de
estrabismo são a esotropia, onde os
olhos são desviados para dentro, e a
exotropia, quando o são para fora;
Correção com lentes Prismáticas.
9.5. Estrabismo:
106.
107. Alteração da visão que faz com que a
pessoa tenha dificuldades – em menor ou
maior grau – de fazer a distinção entre
cores, principalmente o verde e o
vermelho;
Existem os que não têm a percepção de
todas as cores, enxergando apenas em
preto e branco ou tons de cinza, mas
esses casos são minoria;
Defeito na retina, a parede do fundo do
olho. Esse defeito afeta as células
responsáveis pela percepção das cores (os
cones).
9.6. Daltonismo: