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.
São fontes de luz que emitem luz própria. Elas podem ser:
Incandescentes: Quando emitem luz a altas temperaturas.
Ex: O Sol, a chama de uma vela e as lâmpadas de filamento.
Luminescentes: Quando emitem luz a baixas temperaturas. As fontes de luz primária luminescentes poder ser fluorescentes ou fosforescentes.
Fluorescentes: emitem luz apenas enquanto durar a ação do agente excitador.
Ex: Lâmpadas fluorescentes.
Fosforescentes: Emitem luz por um certo tempo, mesmo após ter cessado a ação do excitador. Nessas fontes de luz a energia radiante é proveniente de uma energia potencial química.
Ex: Interruptores de lâmpadas e ponteiros luminosos de relógios.
Fontes Secundárias
São aquelas que emitem apenas a luz recebida de outros corpos.
Quando ocorre a incidência da
luz em uma superfície e ela retorna ao meio do qual ela estava se propagando,
dizemos que ocorreu o fenômeno óptico reflexão.
Seja um espelho (s) plano em que é feita a incidência de um raio de luz RI que forma um ângulo i com a normal do espelho; o raio refletido RR formará um ângulo r com a normal do espelho
A 1° lei da reflexão: O raio
incidente (RI) à normal e o raio refletido são cooplanares, ou seja, estão no
mesmo plano.
A 2º lei da refração: O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão (r = i)
Assim como para espelhos planos, as duas leis da reflexão também são obedecidas nos espelhos esféricos, ou seja, os ângulos de incidência e reflexão são iguais, e os raios incididos, refletidos e a reta normal ao ponto incidido.
Analisando objetos diante de um espelho esférico, em posição perpendicular ao eixo principal do espelho podemos chegar a algumas conclusões importantes.
Um objeto pode ser real ou virtual. No caso dos espelhos, dizemos que o objeto é virtual se ele se encontra “atrás” do espelho. No caso de espelhos esféricos a imagem de um objeto pode ser maior, menor ou igual ao tamanho do objeto. A imagem pode ainda aparecer invertida em relação ao objeto. Se não houver sua inversão dizemos que ela é direita.
Aproxima-se da normal – V1 > V2
Afasta-se da normal – V1 < V2
Em um experimento, a luz atravessa uma placa de vidro com velocidade igual a
. Sabendo que a velocidade da luz
no vácuo é de 
, qual o índice de refração do
vidro?
O índice de refração em um meio é definido como o quociente entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio em questão, ou seja:
Não se usa unidade para o índice de refração, pois relaciona duas unidades iguais (velocidade).
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Princípios básicos
Os
princípios em que se baseia a Óptica Geométrica são três:
Propagação Retilínea da Luz: Em um meio homogêneo e
transparente a luz se propaga em linha reta. Cada uma dessas "retas de
luz" é chamada de raio de luz.
O
princípio da propagação retilínea da luz pode ser verificado no fato de que,
por exemplo, um objeto quadrado projeta sobre uma superfície plana, uma sombra
também quadrada.
Independência dos Raios de Luz: Quando dois raios de luz se
cruzam, um não interfere na trajetória do outro, cada um se comportando como se
o outro não existisse.
O
princípio da independência pode ser observado, por exemplo, em peças de teatro
no momento que holofotes específicos iluminam determinados atores no palco.
Mesmo que os atores troquem suas posições no palco e os feixes de luz sejam
obrigados a se cruzar, ainda sim os atores serão iluminados da mesma forma, até
mesmo, por luzes de cores diferentes.
Reversibilidade dos Raios de Luz: Se revertermos o sentido de
propagação de um raio de luz ele continua a percorrer a mesma trajetória, em
sentido contrário.
O terceiro princípio pode ser verificado, por exemplo, na situação em
que um motorista de táxi e seu passageiro, este último no banco de trás,
conversam, e olham Fontes de Luz
As fontes de luz são corpos capazes de emitir luz, seja ela própria ou refletida. Fontes de luz podem ser classificadas em:
Fontes de luz Primárias
As fontes de luz são corpos capazes de emitir luz, seja ela própria ou refletida. Fontes de luz podem ser classificadas em:
Fontes de luz Primárias
São fontes de luz que emitem luz própria. Elas podem ser:
Incandescentes: Quando emitem luz a altas temperaturas.
Ex: O Sol, a chama de uma vela e as lâmpadas de filamento.
Luminescentes: Quando emitem luz a baixas temperaturas. As fontes de luz primária luminescentes poder ser fluorescentes ou fosforescentes.
Fluorescentes: emitem luz apenas enquanto durar a ação do agente excitador.
Ex: Lâmpadas fluorescentes.
Fosforescentes: Emitem luz por um certo tempo, mesmo após ter cessado a ação do excitador. Nessas fontes de luz a energia radiante é proveniente de uma energia potencial química.
Ex: Interruptores de lâmpadas e ponteiros luminosos de relógios.
Fontes Secundárias
São aquelas que emitem apenas a luz recebida de outros corpos.
Reflexão da Luz em Espelhos
Planos
Seja um espelho (s) plano em que é feita a incidência de um raio de luz RI que forma um ângulo i com a normal do espelho; o raio refletido RR formará um ângulo r com a normal do espelho
A 2º lei da refração: O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão (r = i)
Características
da imagem num espelho plano
O ponto
objeto e o ponto imagem são simétricos em relação ao espelho, ou seja, a
distância do objeto ao espelho é a mesma que a distância da imagem ao espelho e
contidos numa mesma reta perpendicular ao plano do espelho.
O ponto
imagem está sempre atrás do espelho e é virtual (não pode ser fotografado ou
filmado atrás do espelho).
A altura
do objeto é sempre igual à altura da imagem e a imagem é reversa ou revertida
(troca direita pela esquerda).
Reflexão da luz em espelhos
esféricos
Chamamos espelho
esférico qualquer calota esférica que seja polida e possua alto poder de
reflexão.
É fácil
observar-se que a esfera da qual a calota acima faz parte tem duas faces, uma
interna e outra externa. Quando a superfície refletiva considerada for a
interna, o espelho é chamado côncavo, já nos casos onde a face refletiva
é a externa o espelho é chamado convexo.
Reflexão
da luz em espelhos esféricos
Assim como para espelhos planos, as duas leis da reflexão também são obedecidas nos espelhos esféricos, ou seja, os ângulos de incidência e reflexão são iguais, e os raios incididos, refletidos e a reta normal ao ponto incidido.
Focos dos
espelhos esféricos
Para os
espelhos côncavos de Gauss pode ser verificar que todos os raios
luminosos que incidirem ao longo de uma direção paralela ao eixo secundário
passam por (ou convergem para) um mesmo ponto F - o foco principal do espelho.
No caso
dos espelhos convexos é a continuação do raio refletido é que passa pelo foco.
Tudo se passa como se os raios refletidos se originassem do foco.
Determinação de
imagens
Analisando objetos diante de um espelho esférico, em posição perpendicular ao eixo principal do espelho podemos chegar a algumas conclusões importantes.
Um objeto pode ser real ou virtual. No caso dos espelhos, dizemos que o objeto é virtual se ele se encontra “atrás” do espelho. No caso de espelhos esféricos a imagem de um objeto pode ser maior, menor ou igual ao tamanho do objeto. A imagem pode ainda aparecer invertida em relação ao objeto. Se não houver sua inversão dizemos que ela é direita.
Refração da luz
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)
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.
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:
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 – V1 < V2
Em um experimento, a luz atravessa uma placa de vidro com velocidade igual a
. Sabendo que a velocidade da luz
no vácuo é de , qual o índice de refração do
vidro?O índice de refração em um meio é definido como o quociente entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio em questão, ou seja:
Não se usa unidade para o índice de refração, pois relaciona duas unidades iguais (velocidade).
