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© 2005 - UFSC/Labmetro ÓPTICA.

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Apresentação em tema: "© 2005 - UFSC/Labmetro ÓPTICA."— Transcrição da apresentação:

1 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br1 ÓPTICA

2 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br2 Introdução O que é Óptica? Propagação da Luz –Reflexão –Refração Óptica Geométrica –Espelhos –Lentes –Formação de imagens

3 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br3 - A óptica é o capítulo da física que estuda os fenômenos relacionados à luz, uma das formas pelas quais a energia se manifesta. - A luz é apenas uma pequena parcela de uma vasto conjunto, o espectro eletromagnético. Distinguimos as diversas partes deste espectro por valores de freqüência ou por comprimentos de onda. Infra-vermelhoRaio XUltra-violeta Visível Comprimento de onda (nm) Micro-ondas radio 10 5 10 6 Raios gama O que é Óptica?

4 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br4 Espectro Eletromagnético

5 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br5 Propagação da Luz - Reflexão Quando a luz que se propaga por um meio e encontra em seu caminho uma superfície, pode ser rebatida e voltar ao mesmo meio em que se propagava, mudando de direção e conservando a velocidade. É o fenômeno da reflexão da luz.

6 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br6 O raio incidente faz um ângulo θ 1 com a normal a superfície, o qual é chamado ângulo de incidência; O raio refletido faz um ângulo θ 1 com a normal a superfície, chamado ângulo de reflexão. Propagação da Luz - Reflexão

7 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br7 Segunda parte: O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência θ 1 =θ 1 Primeira parte: Raio incidente e refletido estão no mesmo plano 1 1 Propagação da Luz - Lei da reflexão

8 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br8 Propagação da Luz - Lei da reflexão Experimento Número 1: Demonstração da Lei da Reflexão usando um transferidor

9 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br9 Reflexão difusa é aquela em uma superfície rugosa Os raios são refletidos em várias direções diferentes Propagação da Luz - Propriedades da Reflexão

10 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br10 Reflexão especular é a reflexão em uma superfície polida, como os espelhos por exemplo. Os raios refletidos são paralelos entre si. A Óptica concentra-se no estudo da reflexão especular, pois a reflexão difusa é imprevisível. Propagação da Luz - Propriedades da Reflexão

11 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br11 Especular Difusa Propagação da Luz - Propriedades da Reflexão A reflexão especular e difusa são casos extremos. A maior parte das superfícies tem propriedades refletoras intermediárias.

12 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br12 Quando um feixe de luz incide obliquamente na superfície de separação entre dois meios, parte do feixe é refletido e parte do feixe penetra nesse segundo meio. O raio que penetra no segundo meio é desviado na superfície –Esse desvio do raio é chamado refração Propagação da Luz - Refração Incidente Refratada Refletida

13 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br13 Propagação da Luz - Refração O raio incidente, o raio refletido, e o raio refratado pertencem ao mesmo plano O ângulo de refração, θ 2, depende das propriedades do meio

14 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br14 Propagação da Luz - Refração v 1 : velocidade da luz no primeiro meio v 2 : velocidade da luz no segundo meio

15 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br15 O raio de luz quando penetra em meio onde a sua velocidade é mais baixa, ou seja, um meio mais denso, então o raio aproxima-se da reta normal à superfície. O ângulo de refração é menor que o ângulo de incidência. Propagação da Luz - Refração

16 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br16 O raio de luz quando penetra em meio onde a sua velocidade é mais alta, ou seja, um meio menos denso, então o raio afasta-se da reta normal à superfície. O ângulo de refração é menor que o ângulo de incidência. Propagação da Luz - Refração

17 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br17 Raio é o raio incidente Raio é o raio refletido Raio é o raio refratado no meio translúcido Raio é o raio internamente refletido Raio is o raio refratado quando sai do meio translúcido Propagação da Luz - Refração

18 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br18 Propagação da Luz - Refração

19 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br19 Propagação da Luz - Refração Experimento Número 2: Demonstração da Lei da Refração

20 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br20 Um espelho pode ser simplesmente um pedaço de vidro preto ou uma superfície metálica cuidadosamente polida. Óptica Geométrica - Espelhos

21 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br21 Para encontrar a imagem formada é necessário prolongar pelo menos dois raios de luz que são refletidos pelo espelho Óptica Geométrica - Espelho Plano Distância objeto Distância imagem

22 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br22 Óptica Geométrica - Espelho Plano A imagem e o objeto encontram-se a mesma distância da superfície do espelho. Os ângulos de incidência e reflexão são iguais – Lei da reflexão. A imagem formada pelo espelho é uma imagem virtual e direita A imagem não é ampliada, M T = 1 p=q!p=q!

23 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br23 Óptica Geométrica - Espelho Plano A imagem de uma mão esquerda em um espelho plano é uma mão direita. O processo que transoforma um sistema de coordenadas direito no espaço objeto, em um sistema de coordenadas esquerdo no espaço imagem, tem o nome de INVERSÃO. Sistemas com mais de um espelho plano podem ser utilizados para criar um número par ou ímpar de inversões. Uma rotação de um espelho provoca um deslocamento angular de 2no feixe ou na imagem.

24 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br24 Óptica Geométrica - Lentes A lente é o dispositivo óptico mais utilizado; Observamos o mundo através de um par de lentes; A forma da lente depende do tipo da aplicação desejada. É comum desejar converter uma onda esférica em uma onda plana, é o caso de projetores e faróis.

25 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br25 Distância objeto (p): distância do objeto ao espelho ou lente Distância imagem (q): a distância da imagem do objeto ao espelho ou lente Imagem real: aquela na qual a luz verdadeiramente passa através dos pontos da imagem. Imagens reais podem ser visualizadas sobre telas ou anteparos. Imagem virtual: aquela na qual a luz não atravessa os pontos da imagem. A luz parece divergir desses pontos. Imagens virtuais não podem ser visualizadas sobre telas Óptica Geométrica – Notação

26 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br26 Óptica Geométrica - Classificação das Lentes Uma lente simples é uma peça de vidro ou plástico formada por duas superfícies refratoras (dioptros). Essas superfícies são segmentos de uma esfera ou de um plano. Uma lente composta é constituída por vários elementos. Uma lente pode ser classificada por sua espessura: delgada ou espessa.

27 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br27 Óptica Geométrica - Classificação das Lentes São mais espessas no centro R 1 >0 R 2 <0 R 1 >0 R 2 >0 R 1 > 0 R 2 = infinito

28 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br28 Óptica Geométrica - Classificação das Lentes São mais espessas nas bordas R 1 <0 R 2 >0 R 1 >0 R 2 >0 R 1 < 0 R 2 = infinito

29 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br29 Óptica Geométrica - Lentes Convergentes Os raios paralelos atravessam a lente e convergem para o ponto focal F f é positivo

30 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br30 Óptica Geométrica - Lentes Divergentes Os raios paralelos divergem após atravessar a lente O ponto focal é o ponto de onde os raios parecem ser originários f é negativo

31 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br31 Óptica Geométrica - Raios Paraxiais Os raios que se propagam muito próximos do eixo óptico, com inclinações reduzidas são designados raios paraxiais A frente de onda associada a estes raios paraxiais é essencialmente esférica e dá origem a uma imagem perfeita

32 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br32 Óptica Geométrica - Lentes Divergentes Experimento Número 3: Expansão, Colimação e Convergência de um Feixe

33 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br33 Óptica Geométrica - Equação das Lentes Finas Fórmula de Gauss

34 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br34 Óptica Geométrica - Diagrama de Raios Os diagramas são essenciais para o entendimento do princípio de formação de imagem Três raios são desenhados: –O primeiro raio é desenhado paralelo ao eixo principal e passa por um dos pontos focais –O segundo raio passa através do centro da lente e continua em linha reta –O terceiro raio é desenhado a partir do outro ponto focal e sai da lente paralelo ao eixo principal Há um infinito número de raios, mas estes três podem ser considerados os mais convenientes para a construção do diagrama.

35 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br35 R1R1 R2R2 I f f p q O InvertidaRealMaiorInvertidaRealMaior Diagrama de raios para lentes convergentes, p > f

36 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br36 R1R1 R2R2 I f f p q O DireitaVirtualMaiorDireitaVirtualMaior Diagrama de raios para lentes convergentes, p < f

37 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br37 R1R1 R2R2 I f f p q O DireitaVirtualMenorDireitaVirtualMenor Diagrama de raios pra lentes divergentes

38 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br38 Óptica Geométrica - Formação de Imagem Experimento Número 4: Formação de Imagem

39 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br39 Digamos que se queira utilizar uma lente divergente com f=-20 cm para formar uma imagem que é direita, virtual e um terço da altura do objeto. (a) Onde o objeto deveria ser colocado? (b) Desenhe o diagrama com os três raios principais. Solução: Óptica Geométrica - Exercício

40 © 2005 - UFSC/Labmetro avf@labmetro.ufsc.br40 Óptica Geométrica - Exercício


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