Óptica O estudo da luz Prof. Éder (Boto) Prof. Éder (Boto)

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Divisão para estudos Óptica geométrica: Conjunto de raios. Óptica ondulatória: Considera-a como onda. Utiliza-se para o estudo da difração e interferência. Óptica eletromagnética Óptica quântica ou óptica física: dualidade onda-partícula Prof. Éder (Boto)

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Raio de luz Representação gráfica do caminho da luz Prof. Éder (Boto)

Pincel de Luz Representação gráfica da região do espaço onde a luz de propaga Prof. Éder (Boto)

Primária: origem da luz, emite luz Fontes de luz: Primária: origem da luz, emite luz Sol Lâmpada acesa Chama a vela Carvão em brasa Secundária Reflete a luz (maioria) Prof. Éder (Boto)

Fontes de Luz Puntual Extensa Extensa Prof. Éder (Boto)

Fontes e Luz Convergente Divergente Cilíndrico Prof. Éder (Boto)

Sombra e Penumbra Prof. Éder (Boto)

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Sombra e Penumbra: Sombra: Penumbra: Fonte Puntiforme Sombra Obstáculo Anteparo Fonte Puntiforme Obstáculo Sombra Penumbra: Fonte extensa Sombra Penumbra

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Exemplo 04: (FGV SP/2008) Com a finalidade de produzir iluminação indireta, uma luminária de parede possui, diante da lâmpada, uma capa opaca em forma de meio cano. No teto, a partir da parede onde está montada a luminária, sabendo que esta é a única fonte luminosa do ambiente e que a parede sobre a qual está afixada essa luminária foi pintada com uma tinta pouco refletora, o padrão de iluminação projetado sobre esse teto é semelhante ao desenhado em: a) b) c) d)

II II III III I I – SOMBRA; II – PENUMBRA; III – LUZ.

Observação: O eclipse Solar só ocorre em a. Eclipse Solar: Eclipse Total Sol Sombra Terra Lua Penumbra Eclipse Parcial Observação: O eclipse Solar só ocorre em fase de Lua Nova.

Observação: O eclipse Lunar só ocorre em b. Eclipse Lunar: Sol Eclipse Parcial Terra Eclipse Total Eclipse Parcial Lua Observação: O eclipse Lunar só ocorre em fase de Lua Cheia.

Fases da Lua:

Quarto – Crescente: Quarto – Minguante:

Princípios da óptica geométrica: Propagação Retilínea da Luz Independência dos Raios de Luz Reversibilidade dos Raios de Luz Prof. Éder (Boto)

1 - propagação retilínea da luz Meio homogêneo e transparente a luz se propaga em linha reta. Prof. Éder (Boto)

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Proporções nas sombras e câmeras escuras Prof. Éder (Boto)

Um prédio projeta no solo uma sombra de 15 m de extensão no mesmo instante em que uma pessoa de 1,80 m projeta uma sombra de 2 m. Determine a altura do prédio. H = 13,5 m Prof. Éder (Boto)

Aplicações Câmera de Pinhole (pin hole) Prof. Éder (Boto)

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Exercícios Uma câmara escura de orifício apresenta comprimento de 40 cm. De um poste de altura 5 m obteve-se, no anteparo, uma imagem de altura 25 cm. Determine a distância do poste até a câmara. Prof. Éder (Boto)

2 – Independência dos Raios Quando se cruzam, um não interfere na trajetória do outro.. Prof. Éder (Boto)

02) Num dia em que o sol está visível, um aluno do CEFET-PE, com 1,80m de altura, mede a sua sombra, encontrando 1,20 m. Se, naquele instante, a sombra de um edifício nas proximidades medisse 9,0 m, a altura do edifício seria: a) 10,50 m b) 11,40 m c) 12,00 m d) 13,50 m e) 15,00 m Prof. Éder (Boto)

3 - Reversibilidade dos Raios de Luz Poder percorrer a mesma trajetória, em sentido contrário. Prof. Éder (Boto)

As cores Nossos olhos não conseguem distinguir duas cores ao mesmo tempo. Quando combinadas, formam outra cor A cor branca é a sensação que temos quando juntamos todas as cores Prof. Éder (Boto)

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Reflexão da Luz

- Reflexão regular: a superfície onde incide a luz é perfeitamente lisa

- Reflexão difusa: a superfície não é perfeitamente lisa.

REFLEXÃO DA LUZ A partir do ponto de incidência, traçamos uma reta perpendicular à superfície Medimos os ângulos que o raio incidente e o raio refletido fazem com a reta normal raio refletido O QUE MEDIR? Como medir? ângulo de reflexão reta normal r î ângulo de incidência Ponto de incidência raio incidente

REFLEXÃO DA LUZ î raio incidente raio refletido reta normal r

REFLEXÃO DA LUZ Será que existe alguma relação entre os raios ou entre os ângulos envolvidos?

O ÂNGULO DE INCIDÊNCIA É IGUAL AO ÂNGULO DE REFLEXÃO REFLEXÃO DA LUZ 2a LEI DA REFLEXÃO Qual é a relação entre o ângulo de incidência e o ângulo de reflexão? O ÂNGULO DE INCIDÊNCIA É IGUAL AO ÂNGULO DE REFLEXÃO

2 – O ângulo de incidência é igual ao ângulo defletido . Leis da Reflexão 1 – o raio incidente i, a normal à superfície refletora N e o raio refletido r estão no mesmo plano. 2 – O ângulo de incidência é igual ao ângulo defletido .

luz se propaga em linha reta Espelhos Planos luz se propaga em linha reta http://br.geocities.com/saladefisica3/laboratorio/plano/plano.htm

Quando a imagem é formada pelos prolongamentos dos raios refletidos, ela é dita virtual O objeto e a imagem são simétricos em relação ao espelho, isto é, se encontram à mesma distância dele.

Inversão Horizontal

O observador vê por reflexão apenas os pontos 3 e 4 que estão localizados exatamente no campo visual do espelho em relação ao olho O do observador.

Quando a luz atravessa as interfaces Refração da luz Quando a luz atravessa as interfaces

Frequência da onda NUNCA muda O que é? Fenômeno que acontece quando a luz atravessa a interface entre dois meios. Sofre mudança na velocidade e no comprimento de onda. Pode sofrer desvios (provável, utilizações práticas). Em determinadas situações não sofre desvio. Frequência da onda NUNCA muda

Meio isotrópico Em todas as direções as propriedades óticas são as mesmas. Anisotrópico: Direções com carac- terísticas distintas.

A luz branca Cor branca é a sensação que temos quando enxergamos todas as cores misturadas. Luz branca é policromática

Como selecionar uma luz monocromática? Gás, led, seleção física.

Porque ser monocromática? Cada uma das cores desvia-se de forma distinta das demais.

Dioptro Dois materiais separados por uma superfície lisa. Dois dioptros: ar-vidro vidro-ar

Índice de Refração Absoluto Compara a velocidade da luz no vácuo (meio absoluto) com a luz do meio. Quanto maior a refringência do meio, menor é a velocidade de propagação da luz. Portanto, a mudança de meio impõe à luz uma mudança na velocidade de propagação

Valor do índice de refração Quanto a velocidade da luz no vácuo é maior que a luz neste meio. No vácuo Em outros meios, diferentes velocidades Ex.: VCristal = 150 000 km/s Portanto A velocidade da luz 2 x a velocidade da luz no novo meio. n = 2

O índice de refração absoluto de qualquer material é sempre n≥1 Índice de refração absoluto: é uma medida da refringência de um meio material (símbolo  n). O índice de refração absoluto de qualquer material é sempre n≥1

Velocidade da luz no vácuo Velocidade da luz no meio Sempre n é admensional É apenas uma proporção

Alguns Valores:

Incidência e reflexão sempre ocorrerão na refração Lua Reflexão Incidente Refração

Consequência da variação de velocidade Luz sofre desvio ao atravessar uma interface. ÂNGULO DE INCIDÊNCIA NORMAL ÂNGULO DE REFLEXÃO  ´ ÂNGULO DE REFRAÇÃO 

Situações especiais - 1 Sem desvio Com desvio i = r = 0 º i ≠ r

Situações especiais - 2 Do meio menos refringente para o mais refringente Do meio mais refringente para o menos refringente

meio 1 meio 2

Cada cor possui um desvio diferente.

Variação do n em função das cores

Quanto mais refringente V=225.000km/s V=200.000km/s V=125.000km/s Quanto mais refringente mais próximo da normal.

Continuidade Óptica

Índice de Refração da Glicerina é igual ao índice de refração do vidro.

Extra 01) Considere dois meios homogêneos e transparentes, A e B, separados por uma fronteira F. A luz proveniente do meio A atravessou a fronteira F e passou a se propagar no meio B. Dizemos que ocorre o fenômeno da refração: Se a luz for desviada em sua trajetória ao atravessar a fronteira F. Se a luz sofrer variação de velocidade ao atravessar a fronteira F. c) Somente se forem satisfeitas as duas condições anteriores simultaneamente. d) Quaisquer que sejam os meios A e B. e) Somente se um dos meios for o vácuo.

02) O índice de refração absoluto de um meio: Tem sempre valor menor que 1; É medido em km/s; Só pode ser igual a 1; Obedece a relação n1; Não tem definição exata

Leis da Refração O raio incidente e o refratado pertencem ao mesmo plano. 2. É constante o produto do índice de refração pelo seno do ângulo naquele meio. Lei de Snell - Descartes

Lei de Snell - Descartes Relação entre desvio (ângulo) e índice de refração. n1 = índice de refração do meio 1 n2 = índice de refração do meio 2 1 = ângulo entre a normal e o raio incidente (no meio 1). 2 = ângulo entre a normal e o raio refratado (no meio 2).

i i´ r RAIO REFLETIDO ÂNGULO DE INCIDÊNCIA ÂNGULO DE REFLEXÃO NORMAL ÂNGULO DE REFLEXÃO i i´ RAIO INCIDENTE ÂNGULO DE REFRAÇÃO r RAIO REFRATADO

i i´ r RAIO REFLETIDO ÂNGULO DE INCIDÊNCIA ÂNGULO DE REFLEXÃO NORMAL ÂNGULO DE REFLEXÃO i i´ RAIO INCIDENTE r ÂNGULO DE REFRAÇÃO RAIO REFRATADO

(1) (2)

Coloque os índices de refração em ordem crescente:

Raio Incidente (RI) n1 < n2 v1 > v2 n1 (“mole”) i > r Meio 1 (ar) Meio 2 (água) Raio Incidente (RI) n1 < n2 v1 > v2 n1 (“mole”) i i > r r n2 (“duro”) Raio Refratado (RR)

Raio Incidente (RI) n1 > n2 v1 < v2 n1 (“duro”) i < r Meio 1 (vidro) Meio 2 (ar) Raio Incidente (RI) n1 > n2 v1 < v2 n1 (“duro”) i i < r r n2 (“mole”) Raio Refratado (RR)

Raio Incidente (RI) i = 0º Meio 1 (ar) Meio 2 (água) r = 0º Raio Refratado (RR)

Índice de Refração Negativo O raio se comportaria como se sofresse uma “reflexão na normal”