Óptica
Autor: 2°ano A 2011 | Publicado: 2011-11-21T10:31:00-08:00

Óptica&nbsp;é o ramo da física que estuda os fenômenos relacionados à luz. A óptica explica os fenômenos da reflexão, refração e difração.&nbsp;





Os princípios fundamentais da óptica são:


1º - Princípio da Propagação Retilínea: a luz sempre se propaga em linha reta;&nbsp;2º - Princípio da Independência de raios de luz: os raios de luz são independentes, podendo até mesmo se cruzarem, não ocasionando nenhuma mudança em relação à direção dos mesmos;&nbsp;
3º - Princípio da Reversibilidade da Luz: a luz é reversível. Por exemplo, se vemos alguém através de um espelho, certamente essa pessoa também nos verá. Assim, os raios de luz sempre são capazes de fazer o caminho na direção inversa.&nbsp;

A luz pode ser propagada em três diferentes tipos de meios.&nbsp;
Os meios&nbsp;transparentes&nbsp;permitem a passagem ordenada dos raios de luz, dando a possibilidade de ver os corpos com nitidez. Exemplos: vidro polido, ar atmosférico, etc.&nbsp;
Nos meios&nbsp;translúcidos&nbsp;a luz também se propaga, porém de maneira desordenada, fazendo com que os corpos sejam vistos sem nitidez. Exemplos: vidro fosco, plásticos, etc.
Os meios&nbsp;opacos&nbsp;são aqueles que impedem completamente a passagem de luz, não permitindo a visão de corpos através dos mesmos. Exemplos: portas de madeira, paredes de cimento, pessoas, etc.&nbsp;

Quando os raios de luz incidem em uma superfície, eles podem ser refletidos regular ou difusamente, refratados ou absorvidos pelo meio em que incidem. A&nbsp;reflexão regularocorre quando um raio de luz incide sobre uma superfície e é refletido de forma cilíndrica, diferentemente da&nbsp;reflexão difusa, onde os feixes de luz são refletidos em todas as direções.&nbsp;

A&nbsp;refração&nbsp;da luz ocorre quando os feixes de luz mudam de velocidade e de direção quando passam de um meio para outro. A&nbsp;absorção&nbsp;é o fenômeno onde as superfícies absorvem parte ou toda a quantidade de luz que é incidida.


A refração é um fenômeno óptico que&nbsp;ocorre&nbsp;com a luz quando ela muda de meio de propagação como, por exemplo, ar e água. É importante ficar bem claro que esse acontecimento só ocorre quando o feixe de luz se propaga com velocidade diferente nos dois meios.&nbsp;


Leis da Refração:


Fenômeno da Refração da LuzDefini-se refração da luz a mudança de velocidade de propagação, como consequência da mudança de meio de propagação. Ou seja, quando um raio de luz muda de um meio para outro, com índices de refração diferentes, ele sofre um desvio, aproximando-se ou afastando-se da normal.

1ª Lei da Refração&nbsp;

O raio incidente I, a normal N e o raio refratado R, pertencem ao mesmo plano, denominado plano de incidência da luz, ou seja, o raio incidente, a reta normal e o raio refratado são coplanares.


Raios de luz no mesmo plano&nbsp;
2ª Lei da Refração

Para cada par de meios e para cada luz monocromática que se refrata é constante o produto do seno do ângulo que o raio forma com a normal e o índice de refração do meio em que o raio se encontra.

Essa lei é conhecida como lei de Snell-Descartes.

A segunda lei da refração é expressa matematicamente pela equação:

Como o ângulo de incidência (i) se forma no meio (1) e o ângulo de refração (r) se forma no meio (2), verificamos que o produto do índice de refração absoluto do meio pelo seno do ângulo formado com aquele meio é sempre constante.&nbsp;
n1&nbsp;. sen i = n2&nbsp;. sen rPara pequenos ângulos de incidência (imáx. = 5º), temos que o seno do ângulo de incidência é igual ao seno do ângulo de refração.
sen i ≈ sen r&nbsp;
Tipos de reflexão e refração
Reflexão&nbsp;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&nbsp;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 regularAcontece 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 difusaAcontece 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.
Reflexão e refração seletivaA 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&nbsp;filtro de luz&nbsp;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&nbsp;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):&nbsp;é o vértice de um feixe de luz convergente, sendo formado pelo cruzamento imaginário do prolongamente dos raios de luz.
Ponto objeto impróprio (POI):&nbsp;é o vértice de um feixe de luz cilíndrico, ou seja, se situa no infinito.
Chama-se&nbsp;ponto imagem, relativamente a um sistema óptico, o vértice de um feixe de luz emergente, ou seja, após ser incidido.Ponto imagem real (PIR):&nbsp;é o vértice de um feixe de luz emergente convergente, sendo formado pelo cruzamento efeitivo dos raios de luz.
Ponto imagem virtual (PIV):&nbsp;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):&nbsp;é o vértice de um feixe de luz emergente cilíndrico, ou seja, se situa no infinito.
Espelho plano
Um espelho plano é aquele em que a superfície de reflexão é totalmente plana.
Para saber mais...Os espelhos geralmente são feitos de uma superfície metálica bem polida. É comum, usar-se uma placa de vidro onde se deposita uma fina camada de prata ou alumínio em uma das faces, tornando a outra um espelho.

Os espelhos planos tem utilidades bastante diversificadas, desde as domésticas até como componentes de sofisticados instrumentos ópticos.Representa-se um espelho plano por:As principais propriedades de um espelho plano são a simetria entre os pontos objeto e imagem e que a maior parte da reflexão que acontece é regular.
Construção das imagens em um espelho plano
Para se determinar a imagem em um espelho plano basta imaginarmos que o observador vê um objeto que parece estar atrás do espelho, isto ocorre pois o prolongamento do raio refletido passa por um ponto imagem virtual (PIV), "atrás" do espelho.Nos espelhos planos, o objeto e a respectiva imagem têm sempre naturezas opostas, ou seja, quando um é real o outro deve ser virtual, portanto, para se obter geometricamente a imagem de um objeto pontual, basta traçar por ele, através do espelho, uma reta e marcar simétricamente o ponto imagem.
Translação de um espelho plano
Considerando a figura:A parte superior do desenho mostra uma pessoa a uma distância&nbsp;&nbsp;do espelho, logo a imagem aparece a uma distância&nbsp;&nbsp;em relação ao espelho.Na parte inferior da figura, o espelho é transladado&nbsp;para a direita, fazendo com que o observador esteja a uma distância&nbsp;&nbsp;do espelho, fazendo com que a imagem seja deslocada&nbsp;x&nbsp;para a direita.Pelo desenho podemos ver que:Que pode ser reescrito como:Mas pela figura, podemos ver que:Logo:Assim pode-se concluir que sempre que um espelho é transladado paralelamente a si mesmo, a imagem de um objeto fixo sofre translação no mesmo sentido do espelho, mas com comprimento equivalente ao dobro do comprimento da translação do espelho.Se utilizarmos esta equação, e medirmos a sua taxa de variação em um intervalo de tempo, podemos escrever a velocidade de translação do espelho e da imagem da seguinta forma:Ou seja, a velocidade de deslocamento da imagem é igual ao dobro da velocidade de deslocamento do espelho.Quando o observador também se desloca, a velocidade ao ser considerada é a a velocidade relativa entre o observador e o espelho, ao invés da velocidade de translação do espelho, ou seja: