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FÍSICA
ÓPTICA


Professora : Adrianne Mendonça
Luz - Comportamento e princípios

• A luz, ou luz visível como é fisicamente caracterizada, é
 uma forma de energia radiante. É o agente físico que,
 atuando nos órgãos visuais, produz a sensação da visão.

• A luz que percebemos tem como característica sua
 frequência que vai da faixa de 4x104 Hz(vermelho) até
 8x1014Hz(violeta). Esta faixa é a de maior emissão do
 Sol, por isso os órgãos visuais de todos os seres vivos
 estão adaptados a ela, e não podem ver além desta,
 como por exemplo, a radiação ultravioleta e
 infravermelha.( obs : os valores mencionados estão em
 potência de 10)
Divisões da Óptica

• Óptica Física: estuda os fenômenos ópticos que exigem
    uma teoria sobre a natureza das ondas eletromagnéticas.
    Óptica Geométrica: estuda os fenômenos ópticos em que
    apresentam interesse as trajetórias seguidas pela
    luz. Fundamenta-se na noção de raio de luz e nas leis
    que regulamentam seu comportamento. O estudo em
    nível de Ensino Médio restringe-se apenas a esta parte
    da óptica.
•
Conceitos básicos

• Raios de luz
 São a representação geométrica da trajetória da
 luz, indicando sua direção e o sentido da sua
 propagação. Por exemplo, em uma fonte puntiforme são
 emitidos infinitos raios de luz, embora apenas alguns
 deles cheguem a um observador.
 Representa-se um raio de luz por um segmento de reta
 orientado no sentido da propagação.
Feixe de luz
•
  É um conjunto de infinitos raios de luz; um feixe luminoso
  pode ser:
• Cônico convergente: os raios de luz convergem para
  um ponto;
• Cônico divergente: os raios de luz divergem a partir de
  um ponto;

• cilíndrico paralelo: os raios de luz são paralelos entre si.
Representando ...
Fontes de luz

• Tudo o que pode ser detectado por nossos olhos, e por
 outros instrumentos de fixação de imagens como
 câmeras fotográficas, é a luz de corpos luminosos que é
 refletida de forma difusa pelos corpos que nos cercam.
 Fonte de luz são todos os corpos dos quais se podem
 receber luz, podendo ser fontes primárias ou
 secundárias.
Detalhando ...
• Fontes primárias: Também chamadas de corpos
  luminosos, são corpos que emitem luz própria, como por
  exemplo, o Sol, as estrelas, a chama de uma vela, uma
  lâmpada acesa,...
• Fontes secundárias: Também chamadas de corpos
  iluminados, são os corpos que enviam a luz que recebem
  de outras fontes, como por exemplo, a Lua, os planetas,
  as nuvens, os objetos visíveis que não têm luz própria,...
Meios de propagação da luz
• Os diferentes meios materiais comportam-se de forma
    diferente ao serem atravessados pelos raios de luz, por isso
    são classificados em:
•
• Meio transparente
• É um meio óptico que permite a propagação regular da luz, ou
    seja, o observador vê um objeto com nitidez através do meio.
    Exemplos: ar, vidro comum, papel celofane, etc...
•
• Meio translúcido
• É um meio óptico que permite apenas uma propagação
    irregular da luz, ou seja, o observador vê o objeto através do
    meio, mas sem nitidez.
Representando ...




• Meio opaco
• É um meio óptico que não permite que a luz se
 propague, ou seja, não é possivel ver um objeto através
 do meio.
Fenômenos ópticos

•
• Ao incidir sobre uma superfície que separa dois meios de
 propagação, a luz sofre algum, ou mais do que um, dos
 fenômenos a seguir:
•
• Reflexão regular
• A luz que incide na superfície e retorna ao mesmo
 meio, regularmente, ou seja, os raios incidentes e refletidos
 são paralelos. Ocorre em superfícies metálicas bem
 polidas, como espelhos.
•
• Reflexão difusa
• A luz que incide sobre a superfície volta ao mesmo meio, de
 forma irregular, ou seja, os raios incidentes são paralelos, mas
 os refletidos são irregulares. Ocorre em superfícies rugosas, e
 é responsável pela visibilidade dos objetos
Importante !
• Refração
• A luz incide e atravessa a superfície, continuando a se
    propagar no outro meio. Ambos os raios (incidentes e
    refratados) são paralelos, no entanto, os raios refratados
    seguem uma trajetória inclinada em relação aos incididos.
    Ocorre quando a superfície separa dois meios
    transparentes.
•
• Absorção
• A luz incide na superfície, no entanto não é refletida e
    nem refratada, sendo absorvida pelo corpo, e aquecendo-
    o. Ocorre em corpos de superfície escura.
•
Princípio da independência dos raios de luz


• Quando os raios de luz se cruzam, estes seguem
 independentemente, cada um a sua trajetória.
Princípio da propagação retilínea da luz



• Todo o raio de luz percorre trajetórias retilíneas em meios
 transparentes e homogêneos.
Sombra e penúmbra

• Quando um corpo opaco é colocado entre uma fonte de
 luz e um anteparo é possível delimitar regiões de sombra
 e penúmbra. A sombra é a região do espaço que não
 recebe luz direta da fonte. Penúmbra é a região do
 espaço que recebe apenas parte da luz direta da fonte,
 sendo encontrada apenas quando o corpo opaco é posto
 sob influência de uma fonte extensa. Ou seja:
Fonte de luz puntiforme e Fonte de luz extensa
Câmara escura de orifício

•
• Uma câmara escura de orifício consiste em um
  equipamento formado por uma caixa de paredes
  totalmente opacas, sendo que no meio de uma das faces
  existe um pequeno orifício.
• Ao colocar-se um objeto, de tamanho o, de frente para o
  orifício, a uma distância p, nota-se que uma imagem
  refletida, de tamanho i, aparece na face oposta da
  caixa, a uma distância p', mas de forma invertida.
  Conforme ilustra a figura:
Representando ...
Tipos de reflexão e refração

• Reflexão é o fenômeno que consiste no fato de a luz voltar a
  se propagar no meio de origem, após incidir sobre uma
  superfície de separação entre dois meios.
• Refração é o fenômeno que consiste no fato de a luz passar
  de um meio para outro diferente.
• Durente uma reflexão são conservadas a frequência e a
  velocidade de propagação, enquanto durante a
  refração, apenas a frequência é mantida constante.
•
• Reflexão e refração regular
• Acontece quando, por exemplo, um feixe cilíndrico de luz
    atinge uma superfície totalmente lisa, ou tranquila, desta
    forma, os feixes refletidos e refratados também serão
    cilíndricos, logo os raios de luz serão paralelos entre si.
Reflexão e refração difusa /Reflexão e refração seletiva


• Acontece quando, por exemplo, um feixe cilíndrico de luz atinge uma superfície
    rugosa, ou agitada, fazendo com que os raios de luz refletidos e refratados
    tenham direção aleatória por todo o espaço.
•
• A luz branca que recebemos do sol, ou de lâmpadas fluorescentes, por exemplo,
    é policromática, ou seja, é formada por mais de uma luz monocromática, no caso
    do sol, as sete do arco-íris: vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e
    violeta.
•   Sendo assim, um objeto ao ser iluminado por luz branca "seleciona" no espectro
    solar as cores que vemos, e as refletem de forma difusa, sendo assim, vistas por
    nós.
•   Se um corpo é visto branco, é porque ele reflete todas as cores do espectro solar.
•   Se um corpo é visto vermelho, por exemplo, ele absorve todas as outras cores do
    espectro, refletindo apenas o vermelho.
•   Se um corpo é "visto" negro, é por que ele absorve todas as cores do espectro
    solar.
•   Chama-se filtro de luz a peça, normalmente acrílica, que deixa passar apenas um
    das cores do espectro solar, ou seja, um filtro vermelho, faz com que a única cor
    refratada de forma seletiva seja a vermelha.
Ponto imagem e ponto objeto


• Chama-se ponto objeto, relativamente a um sistema óptico, o vértice do feixe de
    luz que incide sobre um objeto ou uma superfície, sendo dividido em três tipos
    principais:
•   Ponto objeto real (POR): é o vértice de um feixe de luz divergente, sendo
    formado pelo cruzamento efetivo dos raios de luz.
•   Ponto objeto virtual (POV): é o vértice de um feixe de luz convergente, sendo
    formado pelo cruzamento imaginário do prolongamente dos raios de luz.
•   Ponto objeto impróprio (POI): é o vértice de um feixe de luz cilíndrico, ou
    seja, se situa no infinito.
•   Chama-se ponto imagem, relativamente a um sistema óptico, o vértice de
    um feixe de luz emergente, ou seja, após ser incidido.
•   Ponto imagem real (PIR): é o vértice de um feixe de luz emergente
    convergente, sendo formado pelo cruzamento efeitivo dos raios de luz.
•   Ponto imagem virtual (PIV): é o vértice de um feixe de luz emergente
    divergente, sendo formado pelo cruzamento imaginário do prolongamento dos
    raios de luz.
•   Ponto imagem impróprio (PII): é o vértice de um feixe de luz emergente
    cilíndrico, ou seja, se situa no infinito.
Reflexão da Luz - Fundamentos

•
• Reflexão é o fenômeno que consiste no fato de a luz
  voltar a se propagar no meio de origem, após incidir
  sobre um objeto ou superfície.
• É possível esquematizar a reflexão de um raio de luz, ao
  atingir uma superfície polida, da seguinte forma:
Representando ...
Explicando a figura ...
• AB = raio de luz incidente
• BC = raio de luz refletido
• N = reta normal à superfície no ponto B
• T = reta tangente à superfície no ponto B
• i = ângulo de incidência, formado entre o raio incidente e
  a reta normal.
• r = ângulo refletido, formado entre o raio refletido e a reta
  normal.
Leis da reflexão

• Os fenômenos em que acontecem reflexão, tanto regular
    quanto difusa e seletiva, obedecem a duas leis
    fundamentais que são:
•
• 1ª lei da reflexão
• O raio de luz refletido e o raio de luz incidente, assim
    como a reta normal à superfície, pertencem ao mesmo
    plano, ou seja, são coplanares.
•
• 2ª Lei da reflexão
• O ângulo de reflexão (r) é sempre igual ao ângulo de
    incidência (i).
OBRIGADA !!!!

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Física optica

  • 2. Luz - Comportamento e princípios • A luz, ou luz visível como é fisicamente caracterizada, é uma forma de energia radiante. É o agente físico que, atuando nos órgãos visuais, produz a sensação da visão. • A luz que percebemos tem como característica sua frequência que vai da faixa de 4x104 Hz(vermelho) até 8x1014Hz(violeta). Esta faixa é a de maior emissão do Sol, por isso os órgãos visuais de todos os seres vivos estão adaptados a ela, e não podem ver além desta, como por exemplo, a radiação ultravioleta e infravermelha.( obs : os valores mencionados estão em potência de 10)
  • 3. Divisões da Óptica • Óptica Física: estuda os fenômenos ópticos que exigem uma teoria sobre a natureza das ondas eletromagnéticas. Óptica Geométrica: estuda os fenômenos ópticos em que apresentam interesse as trajetórias seguidas pela luz. Fundamenta-se na noção de raio de luz e nas leis que regulamentam seu comportamento. O estudo em nível de Ensino Médio restringe-se apenas a esta parte da óptica. •
  • 4. Conceitos básicos • Raios de luz São a representação geométrica da trajetória da luz, indicando sua direção e o sentido da sua propagação. Por exemplo, em uma fonte puntiforme são emitidos infinitos raios de luz, embora apenas alguns deles cheguem a um observador. Representa-se um raio de luz por um segmento de reta orientado no sentido da propagação.
  • 5. Feixe de luz • É um conjunto de infinitos raios de luz; um feixe luminoso pode ser: • Cônico convergente: os raios de luz convergem para um ponto; • Cônico divergente: os raios de luz divergem a partir de um ponto; • cilíndrico paralelo: os raios de luz são paralelos entre si.
  • 7. Fontes de luz • Tudo o que pode ser detectado por nossos olhos, e por outros instrumentos de fixação de imagens como câmeras fotográficas, é a luz de corpos luminosos que é refletida de forma difusa pelos corpos que nos cercam. Fonte de luz são todos os corpos dos quais se podem receber luz, podendo ser fontes primárias ou secundárias.
  • 8. Detalhando ... • Fontes primárias: Também chamadas de corpos luminosos, são corpos que emitem luz própria, como por exemplo, o Sol, as estrelas, a chama de uma vela, uma lâmpada acesa,... • Fontes secundárias: Também chamadas de corpos iluminados, são os corpos que enviam a luz que recebem de outras fontes, como por exemplo, a Lua, os planetas, as nuvens, os objetos visíveis que não têm luz própria,...
  • 9. Meios de propagação da luz • Os diferentes meios materiais comportam-se de forma diferente ao serem atravessados pelos raios de luz, por isso são classificados em: • • Meio transparente • É um meio óptico que permite a propagação regular da luz, ou seja, o observador vê um objeto com nitidez através do meio. Exemplos: ar, vidro comum, papel celofane, etc... • • Meio translúcido • É um meio óptico que permite apenas uma propagação irregular da luz, ou seja, o observador vê o objeto através do meio, mas sem nitidez.
  • 10. Representando ... • Meio opaco • É um meio óptico que não permite que a luz se propague, ou seja, não é possivel ver um objeto através do meio.
  • 11. Fenômenos ópticos • • Ao incidir sobre uma superfície que separa dois meios de propagação, a luz sofre algum, ou mais do que um, dos fenômenos a seguir: • • Reflexão regular • A luz que incide na superfície e retorna ao mesmo meio, regularmente, ou seja, os raios incidentes e refletidos são paralelos. Ocorre em superfícies metálicas bem polidas, como espelhos. • • Reflexão difusa • A luz que incide sobre a superfície volta ao mesmo meio, de forma irregular, ou seja, os raios incidentes são paralelos, mas os refletidos são irregulares. Ocorre em superfícies rugosas, e é responsável pela visibilidade dos objetos
  • 12. Importante ! • Refração • A luz incide e atravessa a superfície, continuando a se propagar no outro meio. Ambos os raios (incidentes e refratados) são paralelos, no entanto, os raios refratados seguem uma trajetória inclinada em relação aos incididos. Ocorre quando a superfície separa dois meios transparentes. • • Absorção • A luz incide na superfície, no entanto não é refletida e nem refratada, sendo absorvida pelo corpo, e aquecendo- o. Ocorre em corpos de superfície escura. •
  • 13. Princípio da independência dos raios de luz • Quando os raios de luz se cruzam, estes seguem independentemente, cada um a sua trajetória.
  • 14. Princípio da propagação retilínea da luz • Todo o raio de luz percorre trajetórias retilíneas em meios transparentes e homogêneos.
  • 15. Sombra e penúmbra • Quando um corpo opaco é colocado entre uma fonte de luz e um anteparo é possível delimitar regiões de sombra e penúmbra. A sombra é a região do espaço que não recebe luz direta da fonte. Penúmbra é a região do espaço que recebe apenas parte da luz direta da fonte, sendo encontrada apenas quando o corpo opaco é posto sob influência de uma fonte extensa. Ou seja:
  • 16. Fonte de luz puntiforme e Fonte de luz extensa
  • 17. Câmara escura de orifício • • Uma câmara escura de orifício consiste em um equipamento formado por uma caixa de paredes totalmente opacas, sendo que no meio de uma das faces existe um pequeno orifício. • Ao colocar-se um objeto, de tamanho o, de frente para o orifício, a uma distância p, nota-se que uma imagem refletida, de tamanho i, aparece na face oposta da caixa, a uma distância p', mas de forma invertida. Conforme ilustra a figura:
  • 19. Tipos de reflexão e refração • Reflexão é o fenômeno que consiste no fato de a luz voltar a se propagar no meio de origem, após incidir sobre uma superfície de separação entre dois meios. • Refração é o fenômeno que consiste no fato de a luz passar de um meio para outro diferente. • Durente uma reflexão são conservadas a frequência e a velocidade de propagação, enquanto durante a refração, apenas a frequência é mantida constante. • • Reflexão e refração regular • Acontece quando, por exemplo, um feixe cilíndrico de luz atinge uma superfície totalmente lisa, ou tranquila, desta forma, os feixes refletidos e refratados também serão cilíndricos, logo os raios de luz serão paralelos entre si.
  • 20. Reflexão e refração difusa /Reflexão e refração seletiva • Acontece quando, por exemplo, um feixe cilíndrico de luz atinge uma superfície rugosa, ou agitada, fazendo com que os raios de luz refletidos e refratados tenham direção aleatória por todo o espaço. • • A luz branca que recebemos do sol, ou de lâmpadas fluorescentes, por exemplo, é policromática, ou seja, é formada por mais de uma luz monocromática, no caso do sol, as sete do arco-íris: vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta. • Sendo assim, um objeto ao ser iluminado por luz branca "seleciona" no espectro solar as cores que vemos, e as refletem de forma difusa, sendo assim, vistas por nós. • Se um corpo é visto branco, é porque ele reflete todas as cores do espectro solar. • Se um corpo é visto vermelho, por exemplo, ele absorve todas as outras cores do espectro, refletindo apenas o vermelho. • Se um corpo é "visto" negro, é por que ele absorve todas as cores do espectro solar. • Chama-se filtro de luz a peça, normalmente acrílica, que deixa passar apenas um das cores do espectro solar, ou seja, um filtro vermelho, faz com que a única cor refratada de forma seletiva seja a vermelha.
  • 21. Ponto imagem e ponto objeto • Chama-se ponto objeto, relativamente a um sistema óptico, o vértice do feixe de luz que incide sobre um objeto ou uma superfície, sendo dividido em três tipos principais: • Ponto objeto real (POR): é o vértice de um feixe de luz divergente, sendo formado pelo cruzamento efetivo dos raios de luz. • Ponto objeto virtual (POV): é o vértice de um feixe de luz convergente, sendo formado pelo cruzamento imaginário do prolongamente dos raios de luz. • Ponto objeto impróprio (POI): é o vértice de um feixe de luz cilíndrico, ou seja, se situa no infinito. • Chama-se ponto imagem, relativamente a um sistema óptico, o vértice de um feixe de luz emergente, ou seja, após ser incidido. • Ponto imagem real (PIR): é o vértice de um feixe de luz emergente convergente, sendo formado pelo cruzamento efeitivo dos raios de luz. • Ponto imagem virtual (PIV): é o vértice de um feixe de luz emergente divergente, sendo formado pelo cruzamento imaginário do prolongamento dos raios de luz. • Ponto imagem impróprio (PII): é o vértice de um feixe de luz emergente cilíndrico, ou seja, se situa no infinito.
  • 22. Reflexão da Luz - Fundamentos • • Reflexão é o fenômeno que consiste no fato de a luz voltar a se propagar no meio de origem, após incidir sobre um objeto ou superfície. • É possível esquematizar a reflexão de um raio de luz, ao atingir uma superfície polida, da seguinte forma:
  • 24. Explicando a figura ... • AB = raio de luz incidente • BC = raio de luz refletido • N = reta normal à superfície no ponto B • T = reta tangente à superfície no ponto B • i = ângulo de incidência, formado entre o raio incidente e a reta normal. • r = ângulo refletido, formado entre o raio refletido e a reta normal.
  • 25. Leis da reflexão • Os fenômenos em que acontecem reflexão, tanto regular quanto difusa e seletiva, obedecem a duas leis fundamentais que são: • • 1ª lei da reflexão • O raio de luz refletido e o raio de luz incidente, assim como a reta normal à superfície, pertencem ao mesmo plano, ou seja, são coplanares. • • 2ª Lei da reflexão • O ângulo de reflexão (r) é sempre igual ao ângulo de incidência (i).