FGE 160 - ÓTICA Notas de aulas criadas pela Profa. Elisabeth Andreoli de Oliveira com acréscimos de Antonio Domingues dos Santos FGE 160- 2o. sem. 2007 aspectos ondulatórios da luz

Parte I - A NATUREZA DA LUZ Histórico A velocidade da luz Aspectos ondulatórios da luz O que é uma onda, ondas transversais e longitudinais A onda eletromagnética, velocidade, comprimento de onda O espectro eletromagnético Difração e interferência, a aproximação da ótica geométrica Refração e reflexão Lei de Snell, Dispersão, reflexão interna total, miragens Princípio de Huygens & Lei de Snell Polarização Espalhamento FGE 160- 2o. sem. 2007

1. Histórico Egito: espelhos de metal polidos Grécia 1000 DC- Alhazen estudos de Platão, Aristóteles, Demócrito e Pitágoras Euclides, 300 AC, enunciado da Lei da Reflexão, estudos da refração, uso de vidros queimadores 1000 DC- Alhazen Tratado sobre espelhos esféricos e parabolicos, descrição do olho humano Final do século 13, tradução para o latim Século 13- Alquimistas produzem películas finas que podem ser depositadas sobre o vidro para produzir espelhos FGE 160- 2o. sem. 2007

1. Histórico Século 17 1608- patente do telescópio solicitada por um holândes Galileu faz observações astronômicas com seu próprio instrumento (luneta refratora) Zacharias Jansen inventa o microscópio composto Kepler (1611) – reflexão interna total, lei de refração para pequenos ângulos 1621- Lei de Snell, 1657 – Fermat – dedução da lei de refração usando o princípio de tempo mínimo Francisco Grimaldi, e Robert Hook, relatos do fenômeno de difração da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

1. Histórico 1672- Modelo corpuscular “luz é constituída de um feixe de partículas” Usando as leis da mecânica – refração e reflexão Newton (1642- 1727) FGE 160- 2o. sem. 2007

1. Histórico Descreve a decomposição da luz ao atravessar um prisma (dispersão) 1630 – constrói telescópios refletores para eliminar aberração cromática Newton (1642- 1727) FGE 160- 2o. sem. 2007

1. Histórico Modelo ondulatório Deduz corretamente as leis de refração e refração Descobre a dupla refração na calcita Explica outros fenômenos óticos; difração e interferência que não podiam ser explicados pelo modelo corpuscular Christian Huygens (1629-1695) FGE 160- 2o. sem. 2007

2. A natureza da luz Difração e interferência Thomas Young (1773-1829) FGE 160- 2o. sem. 2007

2. A Velocidade da Luz Primeira estimativa – 1676 Olaf Roemer eclipse de Io, lua de Júpiter Período de revolução de Io; 42,5h Período de revolução de Jupíter 12 anos terrestres Revolução de180o da Terra=15o de Jupíter c 2,1x108 m/s FGE 160- 2o. sem. 2007

2. A Velocidade da Luz Método de Fizeau Teoria do eletromagnetismo Mais preciso, usando uma roda dentada C=3,1x108 m/s Teoria do eletromagnetismo Previsão da existência de ondas eletromagnéticas Propagação no vácuo, com velocidade igual a velocidade da luz no vácuo Hertz - 1887 oito anos após a morte de Maxwell, comprovação da existência de ondas eletromagnéticas usando um circuito oscilante James Clark Maxwell 1831-1879 FGE 160- 2o. sem. 2007

2. A velocidade da luz Problemas Teoria do éter O que é o vácuo? Como a luz pode se propagar no vácuo? Teoria do éter Fluido que preenche todo o espaço “vazio” no universo Propriedades mecânicas contraditórias FGE 160- 2o. sem. 2007

2. A velocidade da luz Experiência de Michelson- Morley A velocidade da luz não depende do movimento do observador?! FGE 160- 2o. sem. 2007

2. A velocidade da luz Mais problemas!! Efeito fotoelétrico e- luz Baseado no Trabalho de Planck(1900) Einstein, 1905- luz é composta por fótons, transportando energia E=h FGE 160- 2o. sem. 2007

2. A velocidade da luz Qual é o modelo para a luz? Mecânica quântica- onda e partícula Experimentalmente verificamos ora a natureza natureza ondulatória, ora a natureza corpuscular, mas nunca as duas simultâneamente. Princípio da Relatividade A velocidade da luz é constante, independente do referencial, c=3x108 m/s. FGE 160- 2o. sem. 2007

3 . Aspectos Ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

Ondas 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

Onda mecânica em uma mola Onda longitudinal Onda mecânica em uma mola Onda sonora 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

Onda transversal Propagação de uma perturbação, sem transporte de matéria Na foto: a pequena bolinha presa à mola, oscila apenas verticalmente, enquanto a onda se propaga para a direita. Não há deslocamento na direção de propagação da onda 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

Princípio de Superposição 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

Frentes de onda circulares retas 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

Frentes de onda e raios de luz esféricas planas Os raios de luz, indicados pelas setas, são perpendiculares à superfície da frente de onda e indicam a direção de propagação da onda. 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

Onda senoidal v= f  v Onda eletromagnética no vácuo v=c Amplitude Comprimento de onda  v v= f  Onda eletromagnética no vácuo v=c 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

Onda eletromagnética 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

O espectro eletromagnético f = 8,35 x 1014 Hz = 3,6 x 10-7 m f = 3,85 x 1014 Hz = 7,8 x 10-7 m 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

Ondas de rádio FGE 160- 2o. sem. 2007

Ondas de rádio FGE 160- 2o. sem. 2007

Pressão da Radiação Eletromagnética FGE 160- 2o. sem. 2007

Ondas luminosas e raios X FGE 160- 2o. sem. 2007

laser FGE 160- 2o. sem. 2007

Raios X FGE 160- 2o. sem. 2007

Aproximação da ótica geométrica Difração <<d  d >>d Aproximação da ótica geométrica Aberturas grandes;  d>> Não se considera a difração ! 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

Interferência 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

Referências www.lightandmatter.com http://educar.sc.usp.br/otica/ http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/CLASS/BBoard.html R. A . Serway, Física 3 para Cientistas e Engenheiros, 3ª. Edição. Editora Livros Técnicos e Científicos, (1996). Capítulo 35 Sears e Zemansky- Física IV- Ótica e Física Moderna, 10ª. Ed., Addison Wesley (2004). Capítulo 34 FGE 160- 2o. sem. 2007