Óptica

Definição

Óptica é uma área da física responsável pelos estudos de fenômenos relacionados à luz.

A Óptica pode ser dividida em duas áreas:

– Óptica Geométrica

– Óptica Física

A natureza da luz

Agora descobriremos a natureza da luz a partir da teoria eletromagnética proposta por Maxwell.

A partir da quarta equação de Maxwell , Maxwell deduziu que uma carga elétrica vibrando produziria um campo magnético ao seu redor. Este campo magnético também seria variável e, desta maneira, induziria um campo elétrico também variável.

A repetição deste fenômeno dará como resultado uma onda eletromagnética se propagando pelo espaço.

A Luz e óptica geométrica

A parte da Física que estuda os fenômenos relacionados à luz é chamada de Óptica. A Óptica Geométrica estuda os fenômenos que são explicados sem se preocupar com a natureza da luz. Para este estudo utilizaremos alguns conceitos básicos e princípios fundamentais que serão apresentados neste texto.

Um dos grandes nomes da Óptica é Isaac Newton, que já conhecemos um pouco quando estudamos as Leis de Newton. Mas, a óptica já interessava o homem a muito mais tempo. Em 1025, Al-Hazen, um estudioso árabe, escreveu que a visão era o resultado dos raios de luz que entravam nos nossos olhos.

O que não era tão comum se dizer na época, já que, acreditava-se que os olhos emitiam raios de luz que possibilitavam a visão. Al-Hazen também estudou as propriedades das lentes e fez grandes observações nesta área, mas isto estudaremos mais a frente.

A Física dos espelhos

Grande parte dos textos de óptica geométrica que estudaremos aqui terá como foco principal o estudo dos espelhos, por isso é importante, neste ponto, fazermos uma introdução sobre estes objetos fascinantes.

Na física, consideramos um espelho uma superfície muito lisa e com alto índice de reflexão da luz. Provavelmente foi nossa imagem na superfície da água que inspirou a construção dos primeiros espelhos, feitos de cobre e, com o tempo foram utilizados outros materiais para sua fabricação, como por exemplo, a prata.

Espelho Plano

Representação do espelho plano

As hachuras representam a parte opaca do espelho plano.

Reflexão da luz

Na reflexão, o ângulo de incidência (ângulo entre o raio de incidência e a reta normal) é igual ao ângulo de reflexão (ângulo formado pelo raio refletido e a reta normal).

A Refração da luz

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.

Óptica da visão

Na Física, o estudo do comportamento dos raios luminosos em relação ao globo ocular é conhecido comoóptica da visão. Para entender a óptica da visão será necessário estudar, anteriormente, a estrutura do olho humano.

Nossos olhos são constituídos de vários meios transparentes que levam os raios luminosos até a retina (onde formam-se as imagens).

Fonte: www.efeitojoule.com

Óptica

Óptica: Principais conceitos

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)

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.

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-setranslúcido 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:

Introdução à Optica

A maioria das informações que recebemos do mundo que nos rodeia é recebida por meio da visão, que é caracterizada pela interação da luz com a retina de nossos olhos. Vemos, graças à sensibilidade que nossos olhos apresentam em relação à luz que provém dos objetos.

2. Luz

A luz é uma forma de energia que se propaga nos meios materiais e também no vácuo. A luz emitida pelo Sol – estrela mais próxima da Terra – chega a nós em 8 minutos e 20 segundos, percorrendo 150 milhões de quilômetros a uma velocidade de 300 mil quilômetros por segundo.

Depois do Sol, a estrela mais próxima da Terra é a estrela alfa da constelação de Centauro que se encontra a 4,3 anos-luz da Terra, isto é, a luz emitida pela estrela alfa demora 4,3 anos para chegar à Terra.

A grandeza 1 ano-luz, muito usada em Astronomia, corresponde à distância percorrida pela luz em um ano, no vácuo. Para transformarmos 1 ano-luz em quilômetros, devemos multiplicar a velocidade da luz no vácuo, 300 000 km/s, pelo intervalo de tempo de 1 ano que, em segundos, corresponde a, aproximadamente, 3,15 · 107 s. Assim, temos:

1 ano-luz = 3,0 · 105 km/s · 3,15 · 107 s

A luz emitida pelo Sol é branca, uma luz policromática (várias cores) que pode ser decomposta em luzes monocromáticas (uma só cor). As luzes monocromáticas principais que compõem a luz branca são em número de sete, a saber: vermelha, alaranjada, amarela, verde, azul, anil e violeta. Para observarmos a decomposição da luz branca em suas cores componentes principais, basta fazermos a luz solar incidir sobre um prisma ou sobre gotículas de água (arco-íris).

Cada cor componente da luz branca possui uma energia diferente, e a energia aumenta da cor vermelha para a violeta, mas todas as cores propagam-se no vácuo com a mesma velocidade: 300 000 km/s.

Nos meios homogêneos e transparentes, a luz se propaga em linha reta. Para representarmos a propagação retilínea da luz, utilizamos os raios de luz que são linhas orientadas que representam a direção e o sentido de propagação da luz. O conjunto de raios de luz constitui um feixe de luz. Assim, podemos ter feixe de luz constituído por raios paralelos, convergentes ou divergentes.

Com base no conceito de raio de luz, podemos representar os três fenômenos luminosos básicos: reflexão, refração e absorção, através das figuras a seguir:

 

Fonte: www.vestibulandoweb.com.br

Óptica

Introdução à física/Conceitos preliminares de óptica

Raio, feixe e pincel de luz

Raio de Luz: É uma linha reta orientada e imaginária usada para mostrar a trajetória da luz.

Feixe ou Pincel de Luz: É um conjunto de raios de luz que possuem um ponto comum para assim ser estudada e analizada para a descobertas de novas ciências, e através desses raios de luzes serve para alguns tipos de tratamento médico. Pode ser cilíndrico, divergente ou convergente

Fonte de Luz
Fonte é todo corpo que emite luz, ou seja, todo corpo visível. Pode ser classificado conforme os seguintes critérios:

Quanto a origem da luz

Fonte luminosa ou primária: Aquela que emite sua própria luz. Ex.: Fogo, estrelas, etc.

Fonte iluminada ou secundária: Aquela que emite luz proveniente de outra fontes: planetas, pessoas, Lua, espelho, etc.

Quanto ao tamanho da luz

Fonte extensa: Aquela que apresenta tamnho coniderável para o observador.

Fonte puntual ou puntiforme: Aquela que apresenta tamanho desprezível para o observador.

Quanto a cor emitida pela luz

Fonte monocromática: Aquela que emite luz de uma única cor.

Fonte policromática: Aquela que emite luz de várias cores.

Observação: O Sl é uma fonte policromática pois emite luz de uma infinidade de cores, sendo as principais: vermelho, alaranjado, amarelo, ver, azul, anil e violeta (ordem decrescente das velocidade dessas cores na atmofera; no vácuo têm s mesmas velocidades).O conjunto dessas cores recebe o nome de espectro solar.

Meios ópticos

Meio é qualquer porção de espaço. Pode ser classificado em:

Transparente: Pemite que se veja através dele, pois o raios de luz seguem trajetórias regulares. Exemplo: Vácuo, ar em pequena quantidade e água em pequena quantidade.

Translúcido: Permite que se veja através dele, mas com pouca nitidez, pelo fato de a luz seguir trajetórias irregulares. Exemplo: Neblina, vapor d’água, vidro trabalhado.

Opaco: Não permite a propagação da luz. Exemplo: Porta, mesa, pessoas, etc.

Ponto objeto e ponto imagem

Ponto objeto: é aquele determinado por raios incidentes sobre o sistema óptico (raios que chegam ao sistema).

Ponto imagem: é aquele determinado por raios emergentes do sistema óptico.

Velocidade da Luz

No vácuo a luz possui a sua maior velocidade. A velocidade da luz no ar é praticamente a mesma que apresenta no vácuo. Nos demais meios, a velocidade da luz é menor. Usa-se a letra  para indicar a velocidade da luz no vácuo de tal maneira que:

O ano luz é a distância que a luz percorre no vácuo e vale aproximadente

Fonte: pt.wikibooks.org