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ÓPTICA
Introdução a óptica
Introdução
Óptica é a parte da Física que estuda a luz e os fenômenos
luminosos.
Do grego OPTIKÉ, visão, estudo dos fenômenos luminosos. A
óptica se divide em:
Óptica geométrica:Óptica geométrica: Estuda os fenômenos luminosos baseados em leisÓptica geométrica:Óptica geométrica: Estuda os fenômenos luminosos baseados em leis
empíricas (experimentais), que são explicados sem que haja
necessidade de se conhecer a natureza física da luz. A óptica
geométrica usa como ferramenta de estudo a geometria
Óptica física:Óptica física: Estuda a compreensão da natureza física da luz e
fenômenos como interferência, polarização, difração, dispersão
entre outros.
A natureza da luz
Na Antiguidade alguns filósofos gregos
acreditavam que a luz era formada por pequenas
partículas, as quais se propagavam em linha reta e
com alta velocidade.
Leonardo da Vinci percebeu a
semelhança entre a reflexão da
luz e o fenômeno do eco e
levantou a hipótese de que a luz
era um movimento ondulatório.
A natureza da luz
Na busca pela definição sobre a natureza da luz
surgiram, no século XVII, duas correntes de
pensamento científico:
A teoria corpuscular da luz, que era defendida porA teoria corpuscular da luz, que era defendida por
Newton;
O modelo ondulatório da luz, que era defendido por
Christian Huyghens.
A teoria corpouscular da luz
Newton tentou justificar sua teoria afirmando que a
luz se comportava como pequenas esferas, as
quais colidiam elasticamente com uma superfície
lisa, sendo refletida de modo que o ângulo de
incidência fosse igual ao ângulo de refração.incidência fosse igual ao ângulo de refração.
Assim, segundo o fenômeno da reflexão, Newton
considerava a luz como sendo constituída por um
conjunto de partículas que se refletem
elasticamente sobre uma superfície.
O modelo ondulatório da luz
O modelo proposto e defendido por Huyghens
dizia que a luz era uma onda e ela explicava de
forma significativa a reflexão e a refração da luz.
Como sabemos, qualquer onda se reflete e refrata
de acordo com as leis da reflexão e da refraçãode acordo com as leis da reflexão e da refração
dos feixes luminosos.
Observações sobre esses fenômenos levaram os
cientistas a favorecer o modelo ondulatório
proposto por Huyghens, pois a teoria de Newton
não se verificava na prática.
Velocidade da luz
Apesar de ser muito rápida a luz tem uma
velocidade finita.
Se propaga em meios materiais e no vácuo.
A velocidade de propagação no vácuo é de cercaA velocidade de propagação no vácuo é de cerca
de 300 000 km/s ou 3 . 108 m/s.
Na Física a velocidade da luz é simbolizada pela
letra c e vale exatos 299 792,458 km/s.
Ano-luz
Pelo fato de ser muito rápida, a luz é utilizada
para medir grandes distâncias determinando o
espaço percorrido por ela em certo tempo.
Defini-se anos-luz como uma unidade de medidaDefini-se anos-luz como uma unidade de medida
de comprimento, usada principalmente na medição
de distâncias astronômicas.
1 ano-luz corresponde à distância percorrida pela
luz no vácuo, em um ano.
Fontes de luz
Fontes primárias ou corpos luminosos
São representados pelos corpos que emitem luz
própria.
Em geral ocorrem reações em cada um desses
elementos que transformam um tipo de energia em
energia luminosa.
Fontes de luz
Fontes secundárias ou corpos iluminados
São os corpos que recebem a luz de outras fontes e
enviam de volta uma fração dessa luz.
Não emitem luz própria.
Fontes de luz
Fontes pontuais (ou puntiformes)
Recebem essa denominação as
fontes de luz que apresentam
dimensões desprezíveis em
relação às distâncias que asrelação às distâncias que as
separam do outros corpos.
Nesse caso, consideramos que
todos os raios de luz são emitidos
de um único ponto.
Fontes de luz
Fontes extensas
Quando as dimensões da fonte de luz são relevantes
em comparação com as distâncias entre os corpos,
dizemos que se trata de uma fonte extensa de luz.
Nesse caso, consideramos que os raios luminosos são
provenientes de toda a extensão do corpo.
Propagação da luz
Raio de luz
Denominados raio de luz a linha reta orientada que
representa, geometricamente, a propagação da luz.
Feixe ou pincel de luzFeixe ou pincel de luz
É um conjunto de raios de luz que se propaga pelo
espaço.
Propagação da luz
Feixe cilindro ou paralelo
É representado por raios de luz paralelos.
Os raios solares, ao atingirem a superfície terrestre,
podem ser considerados como um feixe paralelo.
Propagação da luz
Feixe cônico divergente
Os raios de luz que o compõem partem, ou parecem
partir, de um ponto.
A iluminação feita por uma lanterna é um exemplo de
um feixe divergente.um feixe divergente.
Propagação da luz
Feixe cônico convergente
No caso do feixe convergente, todos os raios de luz do
feixe se propagam em direção a um ponto.
Isso ocorre, por exemplo, com um feixe de luz que
atravessa uma lente de aumento.atravessa uma lente de aumento.
Meios Físicos
Ao atravessar os corpos, a luz se comporta de
diferentes maneiras. De acordo com esse
comportamento, podemos classificar os meios.
Transparente; Heterogêneo;Transparente;
Translúcido;
Opaco;
Homogêneo;
Heterogêneo;
Isótropo;
Anisótropo;
Ordinário
Meios Físicos
Transparente
É um meio que permite a passagem da luz sem que haja
muita perda de energia.
O vácuo é um meio transparente, embora outros meios,
como a água, o ar e o vidro polido, por exemplo, possamcomo a água, o ar e o vidro polido, por exemplo, possam
ser considerados meios transparentes, quando em
espessuras relativamente pequenas.
Em geral, objetos colocados atrás desses meios podem ser
visto com nitidez.
Meios Físicos
Meios Físicos
Translúcido
É um meio que permite a passagem da luz com muita
uma perda de energia, ou seja, os raios de luz tem
dificuldade em atravessá-lo.
Fontes de luz que se encontrem após esse meio nãoFontes de luz que se encontrem após esse meio não
podem ser vistas com nitidez.
Podemos citar as nuvens, o papel vegetal, o vidro
fosco e alguns plásticos como exemplos.
Meios Físicos
Meios Físicos
Opaco
São meios que não permitem a passagem da luz.
São exemplos a madeira, as superfícies metálicas, a
terra, o petróleo e a maior parte das rochas.
Meios Físicos
Meios Físicos
Homogêneo
Em qualquer parcela de seu volume, suas
propriedades são as mesmas. O ar em camadas
estreitas possui a mesma densidade e as mesmas
moléculas;moléculas;
Heterogêneo
Em qualquer parcela de seu volume, suas
propriedades não são as mesmas. Temos a atmosfera
como um todo, em que a densidade diminui com a
altitude;
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Isótropo
Suas propriedades não dependem da direção
considerada. A velocidade da luz é a mesma em
qualquer direção;
Anisótropo
Suas propriedades dependem da direção
considerada. A velocidade da luz não é a mesma
em qualquer direção;
Ordinário
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Fenômenos ópticos
Quando um feixe de luz se propaga em
determinado meio e atinge uma superfície de
separação com outro meio, ocorrem os seguintes
fenômenos: reflexão, refração, absorção e
dispersão.dispersão.
Quando estudamos um dos fenômenos,
consideramos que ele ocorre isoladamente, mas de
fato os três estão sempre presentes na interação
entre a luz e um corpo (ou meio).
Fenômenos ópticos
A – Reflexão da luz
A reflexão ocorre quando
um feixe de luz incide sobre
uma superfície e retorna ao
meio de origem, onde semeio de origem, onde se
propagava anteriormente.
No caso da reflexão da luz,
vamos destacar duas
situações: a reflexão regular
e a reflexão difusa da luz.
Fenômenos ópticos
Reflexão regular
Acontece quando um feixe de luz atinge uma superfície
polida e é refletido de forma regular, isto é, caso a
incidência seja de um feixe com raios paralelo, o
feixe refletido também será paralelo.feixe refletido também será paralelo.
Fenômenos ópticos
Reflexão difusa
Ocorre quando um feixe de luz incide numa superfície
e volta de forma irregular, ou seja, propaga-se em
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Fenômenos ópticos
A cor de um corpo
Por que conseguimos ver um objeto?
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A reflexão difusa da luz permite entender por que,
aos nossos olhos, os corpos apresentam cores
diferentes.
Podemos dizer que a cor de um corpo, vista pelo olho
humano, é determinada pela luz difundida por ele
quando iluminado.
Fenômenos ópticos
A cor de um corpo
A luz branca do Sol apresenta um espectro de cores
determinadas por uma freqüência da luz bem
definida.
Fenômenos ópticos
A cor de um corpo
Os comprimentos de onda visíveis se encontram entre
380 e 750 nanômetros, ou as frequências entre 4,3 .
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o infravermelho, o calor, as microondas e as ondas de
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Fenômenos ópticos
A cor de um corpo
Um objeto vermelho, ao ser iluminado pela luz branca,
reflete (difunde) apenas a cor vermelha, causando a
impressão de um vermelho.
Fenômenos ópticos
A cor de um corpo
Um objeto branco, ao ser iluminado pela luz branca,
reflete (difunde) todas as cores, causando a impressão
de um corpo branco.
Fenômenos ópticos
A cor de um corpo
Um objeto preto, ao ser iluminado, absorve todas as
cores, causando a impressão de um corpo preto.
Fenômenos ópticos
B – Refração da luz
A refração da luz ocorre quando a luz incide numa
superfície que separa dois meios transparentes e,
atravessando-a, propaga-se no outro meio. Quando isso
acontece, a luz pode sofrer mudança na direção de suaacontece, a luz pode sofrer mudança na direção de sua
trajetória.
Fenômenos ópticos
C – Absorção da luz
O fenômeno da absorção consiste na transformação de
energia luminosa em energia térmica, principalmente.
Nesse caso, consideramos que a maior parte da radiação
incidente é retida no corpo.
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D – Dispersão da luz
O espectro de cores formado ocorre por causa da
dispersão luminosa.
Cada “luz” que o compões, luz monocromática, possui
determinada características física, a freqüência.
O fenômeno da dispersão é um desdobramento daO fenômeno da dispersão é um desdobramento da
refração, quando a radiação interage com o novo meio
de propagação.
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Óptica introdução

  • 2. Introdução Óptica é a parte da Física que estuda a luz e os fenômenos luminosos. Do grego OPTIKÉ, visão, estudo dos fenômenos luminosos. A óptica se divide em: Óptica geométrica:Óptica geométrica: Estuda os fenômenos luminosos baseados em leisÓptica geométrica:Óptica geométrica: Estuda os fenômenos luminosos baseados em leis empíricas (experimentais), que são explicados sem que haja necessidade de se conhecer a natureza física da luz. A óptica geométrica usa como ferramenta de estudo a geometria Óptica física:Óptica física: Estuda a compreensão da natureza física da luz e fenômenos como interferência, polarização, difração, dispersão entre outros.
  • 3. A natureza da luz Na Antiguidade alguns filósofos gregos acreditavam que a luz era formada por pequenas partículas, as quais se propagavam em linha reta e com alta velocidade. Leonardo da Vinci percebeu a semelhança entre a reflexão da luz e o fenômeno do eco e levantou a hipótese de que a luz era um movimento ondulatório.
  • 4. A natureza da luz Na busca pela definição sobre a natureza da luz surgiram, no século XVII, duas correntes de pensamento científico: A teoria corpuscular da luz, que era defendida porA teoria corpuscular da luz, que era defendida por Newton; O modelo ondulatório da luz, que era defendido por Christian Huyghens.
  • 5. A teoria corpouscular da luz Newton tentou justificar sua teoria afirmando que a luz se comportava como pequenas esferas, as quais colidiam elasticamente com uma superfície lisa, sendo refletida de modo que o ângulo de incidência fosse igual ao ângulo de refração.incidência fosse igual ao ângulo de refração. Assim, segundo o fenômeno da reflexão, Newton considerava a luz como sendo constituída por um conjunto de partículas que se refletem elasticamente sobre uma superfície.
  • 6. O modelo ondulatório da luz O modelo proposto e defendido por Huyghens dizia que a luz era uma onda e ela explicava de forma significativa a reflexão e a refração da luz. Como sabemos, qualquer onda se reflete e refrata de acordo com as leis da reflexão e da refraçãode acordo com as leis da reflexão e da refração dos feixes luminosos. Observações sobre esses fenômenos levaram os cientistas a favorecer o modelo ondulatório proposto por Huyghens, pois a teoria de Newton não se verificava na prática.
  • 7. Velocidade da luz Apesar de ser muito rápida a luz tem uma velocidade finita. Se propaga em meios materiais e no vácuo. A velocidade de propagação no vácuo é de cercaA velocidade de propagação no vácuo é de cerca de 300 000 km/s ou 3 . 108 m/s. Na Física a velocidade da luz é simbolizada pela letra c e vale exatos 299 792,458 km/s.
  • 8. Ano-luz Pelo fato de ser muito rápida, a luz é utilizada para medir grandes distâncias determinando o espaço percorrido por ela em certo tempo. Defini-se anos-luz como uma unidade de medidaDefini-se anos-luz como uma unidade de medida de comprimento, usada principalmente na medição de distâncias astronômicas. 1 ano-luz corresponde à distância percorrida pela luz no vácuo, em um ano.
  • 9. Fontes de luz Fontes primárias ou corpos luminosos São representados pelos corpos que emitem luz própria. Em geral ocorrem reações em cada um desses elementos que transformam um tipo de energia em energia luminosa.
  • 10. Fontes de luz Fontes secundárias ou corpos iluminados São os corpos que recebem a luz de outras fontes e enviam de volta uma fração dessa luz. Não emitem luz própria.
  • 11. Fontes de luz Fontes pontuais (ou puntiformes) Recebem essa denominação as fontes de luz que apresentam dimensões desprezíveis em relação às distâncias que asrelação às distâncias que as separam do outros corpos. Nesse caso, consideramos que todos os raios de luz são emitidos de um único ponto.
  • 12. Fontes de luz Fontes extensas Quando as dimensões da fonte de luz são relevantes em comparação com as distâncias entre os corpos, dizemos que se trata de uma fonte extensa de luz. Nesse caso, consideramos que os raios luminosos são provenientes de toda a extensão do corpo.
  • 13. Propagação da luz Raio de luz Denominados raio de luz a linha reta orientada que representa, geometricamente, a propagação da luz. Feixe ou pincel de luzFeixe ou pincel de luz É um conjunto de raios de luz que se propaga pelo espaço.
  • 14. Propagação da luz Feixe cilindro ou paralelo É representado por raios de luz paralelos. Os raios solares, ao atingirem a superfície terrestre, podem ser considerados como um feixe paralelo.
  • 15. Propagação da luz Feixe cônico divergente Os raios de luz que o compõem partem, ou parecem partir, de um ponto. A iluminação feita por uma lanterna é um exemplo de um feixe divergente.um feixe divergente.
  • 16. Propagação da luz Feixe cônico convergente No caso do feixe convergente, todos os raios de luz do feixe se propagam em direção a um ponto. Isso ocorre, por exemplo, com um feixe de luz que atravessa uma lente de aumento.atravessa uma lente de aumento.
  • 17. Meios Físicos Ao atravessar os corpos, a luz se comporta de diferentes maneiras. De acordo com esse comportamento, podemos classificar os meios. Transparente; Heterogêneo;Transparente; Translúcido; Opaco; Homogêneo; Heterogêneo; Isótropo; Anisótropo; Ordinário
  • 18. Meios Físicos Transparente É um meio que permite a passagem da luz sem que haja muita perda de energia. O vácuo é um meio transparente, embora outros meios, como a água, o ar e o vidro polido, por exemplo, possamcomo a água, o ar e o vidro polido, por exemplo, possam ser considerados meios transparentes, quando em espessuras relativamente pequenas. Em geral, objetos colocados atrás desses meios podem ser visto com nitidez.
  • 20. Meios Físicos Translúcido É um meio que permite a passagem da luz com muita uma perda de energia, ou seja, os raios de luz tem dificuldade em atravessá-lo. Fontes de luz que se encontrem após esse meio nãoFontes de luz que se encontrem após esse meio não podem ser vistas com nitidez. Podemos citar as nuvens, o papel vegetal, o vidro fosco e alguns plásticos como exemplos.
  • 22. Meios Físicos Opaco São meios que não permitem a passagem da luz. São exemplos a madeira, as superfícies metálicas, a terra, o petróleo e a maior parte das rochas.
  • 24. Meios Físicos Homogêneo Em qualquer parcela de seu volume, suas propriedades são as mesmas. O ar em camadas estreitas possui a mesma densidade e as mesmas moléculas;moléculas; Heterogêneo Em qualquer parcela de seu volume, suas propriedades não são as mesmas. Temos a atmosfera como um todo, em que a densidade diminui com a altitude;
  • 25. Meios Físicos Isótropo Suas propriedades não dependem da direção considerada. A velocidade da luz é a mesma em qualquer direção; Anisótropo Suas propriedades dependem da direção considerada. A velocidade da luz não é a mesma em qualquer direção; Ordinário É um meio homogêneo, transparente e isótropo.
  • 26. Fenômenos ópticos Quando um feixe de luz se propaga em determinado meio e atinge uma superfície de separação com outro meio, ocorrem os seguintes fenômenos: reflexão, refração, absorção e dispersão.dispersão. Quando estudamos um dos fenômenos, consideramos que ele ocorre isoladamente, mas de fato os três estão sempre presentes na interação entre a luz e um corpo (ou meio).
  • 27. Fenômenos ópticos A – Reflexão da luz A reflexão ocorre quando um feixe de luz incide sobre uma superfície e retorna ao meio de origem, onde semeio de origem, onde se propagava anteriormente. No caso da reflexão da luz, vamos destacar duas situações: a reflexão regular e a reflexão difusa da luz.
  • 28. Fenômenos ópticos Reflexão regular Acontece quando um feixe de luz atinge uma superfície polida e é refletido de forma regular, isto é, caso a incidência seja de um feixe com raios paralelo, o feixe refletido também será paralelo.feixe refletido também será paralelo.
  • 29. Fenômenos ópticos Reflexão difusa Ocorre quando um feixe de luz incide numa superfície e volta de forma irregular, ou seja, propaga-se em todas as direções.
  • 30. Fenômenos ópticos A cor de um corpo Por que conseguimos ver um objeto? Por que esse objeto é visto de determinada cor? A reflexão difusa da luz permite entender por que, aos nossos olhos, os corpos apresentam cores diferentes. Podemos dizer que a cor de um corpo, vista pelo olho humano, é determinada pela luz difundida por ele quando iluminado.
  • 31. Fenômenos ópticos A cor de um corpo A luz branca do Sol apresenta um espectro de cores determinadas por uma freqüência da luz bem definida.
  • 32. Fenômenos ópticos A cor de um corpo Os comprimentos de onda visíveis se encontram entre 380 e 750 nanômetros, ou as frequências entre 4,3 . 1014 Hz a 7,5 . 1014 Hz. Ondas mais curtas (ou com maiores frequências)Ondas mais curtas (ou com maiores frequências) abrigam o ultravioleta, os raios-X e os raios gama. Ondas mais longas (com menores frequências) contêm o infravermelho, o calor, as microondas e as ondas de rádio e televisão.
  • 33. Fenômenos ópticos A cor de um corpo Um objeto vermelho, ao ser iluminado pela luz branca, reflete (difunde) apenas a cor vermelha, causando a impressão de um vermelho.
  • 34. Fenômenos ópticos A cor de um corpo Um objeto branco, ao ser iluminado pela luz branca, reflete (difunde) todas as cores, causando a impressão de um corpo branco.
  • 35. Fenômenos ópticos A cor de um corpo Um objeto preto, ao ser iluminado, absorve todas as cores, causando a impressão de um corpo preto.
  • 36. Fenômenos ópticos B – Refração da luz A refração da luz ocorre quando a luz incide numa superfície que separa dois meios transparentes e, atravessando-a, propaga-se no outro meio. Quando isso acontece, a luz pode sofrer mudança na direção de suaacontece, a luz pode sofrer mudança na direção de sua trajetória.
  • 37. Fenômenos ópticos C – Absorção da luz O fenômeno da absorção consiste na transformação de energia luminosa em energia térmica, principalmente. Nesse caso, consideramos que a maior parte da radiação incidente é retida no corpo.
  • 38. Fenômenos ópticos D – Dispersão da luz O espectro de cores formado ocorre por causa da dispersão luminosa. Cada “luz” que o compões, luz monocromática, possui determinada características física, a freqüência. O fenômeno da dispersão é um desdobramento daO fenômeno da dispersão é um desdobramento da refração, quando a radiação interage com o novo meio de propagação.
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