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Prof. Nelson Luiz Reyes Marques
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE FÍSICA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE FÍSICA ÓPTICA GEOMÉTRICA Prof. Nelson Luiz Reyes Marques
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I- INTRODUÇÃO 1- Luz A luz é uma onda eletromagnética capaz de sensibilizar nossos órgãos visuais
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2- Raio de luz: linha orientada que representa, graficamente, a direção e o sentido de propagação da luz. 3- Feixe de luz: conjunto de raios de luz.
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4- Fonte de Luz: todo corpo capaz de emitir luz.
a- Fonte Primária: emite luz própria (corpos luminosos). Incandescente – quando emite luz a alta temperatura. Exemplo: lâmpada incandescente, a temperatura do filamento chega a cerca de C. Luminescente – quando emite luz a temperatura relativamente baixa. Exemplo: vaga-lume, lâmpadas fluorescentes, objetos fosforescentes (como interruptor de luz, mostrado de alguns relógios etc.). b- Fonte Secundária: emite luz que recebe de outro corpo (corpos iluminados).
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5- Meios de propagação da luz
a- Meio Transparente: permite a propagação da luz através de si, segundo trajetórias regulares, permitindo a visão nítida dos objetos (vidro comum, ar). b- Meio Translúcido: permite a propagação da luz através de si, segundo trajetória irregular, não permitindo a visão nítida dos objetos (vidro fosco, papel de seda). c- Meio Opaco: Não permite a propagação da luz através de si (madeira e parede de tijolos). 6- Tipos de meios ópticos: a- Meio Homogêneo: É aquele apresenta as mesmas propriedades físicas em toda a sua extensão. b- Meio Isótropo: É aquele no qual a luz se propaga com a mesma velocidade em todas as direções e sentidos.
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7- Princípios da Óptica Geométrica
a- Princípio da Propagação Retilínea: “Nos meios homogêneos e transparentes a luz se propaga em linha reta”.
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b- Princípio da Independência dos Raios de Luz: “Quando os raios de luz se cruzam, cada um deles continua seu trajeto como se os demais não existissem”.
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c- Princípio da Reversibilidade dos Raios de Luz:
“A trajetória descrita por um raio de luz não depende do sentido de propagação”. Trocando a posição da fonte e do observador, o trajeto do raio é exatamente o mesmo.
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8- Aplicações da propagação retilínea da Luz
Sombra e Penumbra Em óptica, a palavra sombra significa uma região não-iluminada. Ela pode ser produzida pela colocação de um objeto opaco entre a fonte e o anteparo; chama-se de penumbra uma região parcialmente iluminada. AB: fonte extensa. C: corpo opaco. F: fonte puntiforme
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FASES DA LUA
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ECLIPSE SOLAR
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PRECESSÃO A orientação da inclinação do eixo da Terra muda com o tempo. Ele ocorre a cada 22 mil anos. Isso faz com que as estações sejam lentamente alteradas durante o ano. Onze mil anos atrás, o hemisfério norte era inclinado na direção do Sol em dezembro, em vez de em junho. Inverno e verão eram invertidos.
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Simulação Movimentos da Terra
Movimentos da Terra
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II - REFLEXÃO DA LUZ E ESPELHO PLANO
1- TIPOS DE REFLEXÃO b) Reflexão difusa Ocorre em superfícies rugosas (cheias de irregularidades). Aqui a forma do pincel de luz é destruída depois da reflexão, ou seja, a luz acaba sendo espalhada para várias direções. Veja a figura abaixo: a) Reflexão especular Ocorre em superfícies polidas (bem lisas). Aqui a forma do pincel de luz não é destruída depois da reflexão.
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2- Leis da Reflexão 1° Lei: “o raio incidente R, a normal N e o raio refletido R’ são coplanares.” 2° Lei: “o ângulo de reflexão r é igual ao ângulo de incidência i.”
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3- ESPELHO PLANO a) IMAGEM EM UM ESPELHO PLANO de um ponto material O ponto objeto P e o ponto imagem P’ são simétricos em relação à superfície refletora e têm naturezas opostas.
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de um corpo extenso O espelho plano fornece, de um objeto real, imagem virtual, direita, mesmo tamanho e enantiomorfa.
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a) NÚMERO DE IMAGENS DE UM OBJETO SITUADO ENTRE DOIS ESPELHOS PLANOS QUE FORMAM UM ÂNGULO
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III- ESPELHO ESFÉRICO 1- CONCEITO
É toda calota esférica em que uma de suas superfícies é refletora.
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Espelho Côncavo Espelho Convexo
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2- Elementos dos Espelhos Esféricos
V Eixo principal C: centro de curvatura V: vértice F: foco CV=RAIO(R) FV=DISTÂNCIA FOCAL
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3- RAIOS NOTÁVEIS
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4- Estudo Geométrico 1º- Imagem no Espelho Côncavo
a) Objeto antes do centro de curvatura
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b) Objeto colocado no centro de curvatura
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C- Objeto colocado entre o centro de curvatura e o foco
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d) Objeto colocado no foco do espelho
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e) Objeto colocado entre o foco e o vértice
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3º) Imagem no Espelho Convexo
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IV- Lentes Esféricas 1- CONCEITO: Uma lente esférica é um corpo homogêneo e transparente, limitado por duas superfícies esféricas ou uma esférica e outra plana. Os elementos geométricos de uma lente são: - O1 e O2 centros de curvatura; - R1 e R2 raios de curvatura; - O1O2 eixo principal; - V1 e V2 vértices; - V1V2 espessura; - S1 e S2 superfícies que limitam a lente.
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Representação esquemática
2- NOMENCLATURA E TIPOS a- Lentes de Bordos Finos (Delgados) Lentes convergentes: convexas (nL > nM) Biconvexa Plano-convexa Côncavo-convexa Representação esquemática
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Representação esquemática
b- Lentes de Bordos Espessos (grossos) Lentes divergentes: côncavas (nL > nM) Bicôncava Plano-côncava Convexo-côncava Representação esquemática
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3- COMPORTAMENTO ÓPTICO
No ar, as lentes de bordos delgados são convergentes e as de bordos espessos são divergentes.
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4- RAIOS NOTÁVEIS 1- Todo raio de luz que incide paralelamente ao eixo principal emerge da lente numa direção que passa pelo foco principal imagem F’. 2- Todo raio de luz que incide numa direção que passa pelo centro de óptico não sofre desvio ao atravessar a lente. 3- Todo raio que incide por uma direção que passa pelo foco principal objeto F emerge da lente paralelamente ao eixo principal.
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A imagem é real, invertida e menor.
5- OBTENÇÃO GEOMÉTRICA DE IMAGENS a- Lente Convergente 1O) Objeto além do ponto antiprincipal objeto C. A imagem é real, invertida e menor.
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A imagem é real, invertida e do mesmo tamanho.
2O) Objeto sobre o ponto antiprincipal objeto C. A imagem é real, invertida e do mesmo tamanho. 3O) Objeto entre o ponto antiprincipal objeto C e o foco principal objeto F. A imagem é real, invertida e maior
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A imagem é imprópria (imagem no infinito).
40) Objeto sobre o foco principal objeto F. A imagem é imprópria (imagem no infinito). 5O) Objeto entre o foco principal objeto F e o centro óptico O. A imagem é virtual, direita e maior
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6°) Objeto impróprio (objeto no infinito)
A imagem está no plano focal b- Lente Divergente A imagem é virtual, direita e menor.
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7- O OLHO HUMANO
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a) MIOPIA A miopia é um distúrbio de focalização da imagem na qual esta forma-se anteriormente à retina. Isto deve-se a um maior comprimento do globo ocular ou aumento na curvatura da córnea ou cristalino, resultando em dificuldade para ver longe. Pode ser corrigida com lentes esféricas divergentes.
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b-HIPERMETROPIA Na hipermetropia também ocorre uma dificuldade de focalizar a imagem, só que contrariamente à miopia, a focalização se dá posteriormente à retina. Deve-se portanto a um globo ocular com menor comprimento ou devido à córnea ou cristalino possuírem uma menor curvatura. Na hipermetropia observa-se uma visão ruim para perto, podendo gerar dificuldade na visão para longe nos casos mais severos. Pode ser corrigida com lentes esféricas convergentes.
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C- PRESBIOPIA A presbiopia ou vista cansada é uma condição inevitável, que surge normalmente em indivíduos após os 40 anos de idade em média, e decorre de uma perda progressiva da flexibilidade do cristalino e provoca uma dificuldade para a visão de perto, conhecida popularmente como vista cansada. Pode ser corrigida com lentes esféricas convergentes.
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C- ASTIGMATISMO O astigmatismo é uma condição que decorre da diferença de curvatura da córnea ou cristalino nas diferentes direções (comparável às curvaturas de um ovo ou de uma bola de futebol americano), e disto resultam diferentes profundidades de foco que distorcem a visão tanto de longe quanto perto. Pode ser corrigido com lentes cilíndricas.
