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Princípios da óptica: Conceitos iniciais

Os princípios da óptica envolvem o estudo do comportamento da luz e sua interação com objetos e meios. Compreender fenômenos como reflexão, refração, difração e dispersão é fundamental para explorar as propriedades da luz e suas aplicações em tecnologia, medicina e diversas áreas científicas.

RAIOS DE LUZ E FEIXE DE LUZ

A luz visível faz parte do espectro eletromagnético e se trata de uma onda especial, pois ela é capaz de interagir com nossos olhos produzindo o sentido da visão.

É impossível isolar um raio de luz, que, na verdade, é apenas uma representação gráfica da luz em propagação. O que existe são feixes de luz, que representamos graficamente como um conjunto de raios de luz.

Representação dos tipos de feixe de luz
  • Cilíndrico ou paralelo: quando é constituído de raios de luz paralelos.
  • Cônico: quando todos os raios de luz têm direções que passam por um mesmo ponto P, podendo ser cônico convergente ou cônico divergente.

O ponto P é chamado de vértice do feixe.

FONTES DE LUZ

Todos os corpos que emitem luz, direta ou indiretamente, são chamados de fontes de luz. E podem ser classificados de diversas maneiras.

I. Quanto a origem

  • Fontes primárias são os corpos que emitem luz própria.

Exemplos: Estrelas, lâmpadas acesas, …

  • Fontes secundárias são os corpos não possuem luz própria e enviam luz proveniente de outras fontes.

Exemplos: Planetas, satélites, cadeira, …

II. Quanto ao tamanho

  • Fontes pontuais ou puntiformes são fontes cujas dimensões não são relevantes em comparação com as distancias dos objetos iluminados por elas.

Exemplos: As estrelas observadas da Terra comportam-se como fontes pontuais.

  • Fontes extensas são fontes cujas dimensões são relevantes.

Exemplos: O Sol observado da Terra é uma fonte extensa.

Dependendo da fonte, podemos ter diferentes tipos de luz.  

Quando é constituída por luz de uma só cor, é denominado luz monocromática.

Existem fontes que emitem simultaneamente dois ou mais tipos de luzes monocromáticas, formando a chamada luz policromática.

A luz emitida pelo Sol, chamada de luz branca, é policromática. Ela é constituída por uma infinidade de luzes monocromáticas, as quais são divididas em sete cores principais:

VELOCIDADE DA LUZ

A velocidade da luz no vácuo é aproximadamente igual a 300.000.000 m/s e é comumente representada por c.

c = 3,0 · 10m/s = 3,0 · 105 km/s

No vácuo a luz tem máxima velocidade, independentemente da cor, ou seja, todas as cores têm velocidade igual a c. No ar essa velocidade é ligeiramente menor, mas a diferença pode ser desprezada e podemos considerar esse mesmo valor. Em outros meios materiais, as luzes monocromáticas têm velocidades diferentes

Vvioleta < Vanil < vazul < vverde < Vamarelo < Valaranjado < vvermelho < c

ANO-LUZ

Ano-luz é uma unidade de comprimento, correspondente à distância percorrida pela luz, no vácuo, durante um ano.

Δt = 1ano = 365,2 dias = 365,2 × 24 h = 365,2 × 24 × 3600 s ≅ 3,16 · 107 s

Velocidade: c = 3,0 · 108 m/s

d = c · Δt = 3,0 · 108 m/s3,16 · 107 s≅ 9,5 · 1015 m

Sendo assim

1 ano-luz = 9,5 · 1015 m = 9,5 · 1012 km

CLASSIFICAÇÃO DOS MEIOS

A região em que a luz se propaga é denominada meio de propagação e pode ser classificada de três formas:

  • Meios transparentes são aqueles que permitem a travessia da luz com trajetórias regulares. Quando você observa um corpo através desse meio, a imagem não sofre deformações.
Raios luminosos se propagando em um meio transparente

Exemplos: Vácuo, ar atmosférico puro, vidro liso, …

  • Meios translúcidos são aqueles em que a luz segue trajetórias irregulares. Observando objetos através deles, vemos deformações nas imagens sofridas.
Raios luminosos se propagando em um meio translúcido

Exemplos: Neblina, vidro canelado, …

  • Meios opacos são meios nos quais a luz não se propaga, ou seja, a luz é absorvida ou refletida, mas não consegue atravessar o meio.
Raios luminosos se propagando em um meio opaco

Exemplos: Madeira, concreto, …

COR DE UM CORPO

A cor que um corpo apresenta ao ser iluminado é resultado da constituição da luz que ele reflete difusamente. A intensidade ou o comprimento de onda interferem na luz que o corpo irá refletir.

Por exemplo, um corpo violeta tem essa cor porque recebe luz branca e reflete apenas a violeta, absorvendo as outras e em um corpo negro absorve todas as cores e não reflete nenhuma delas.

Veja mais exemplos com a figura abaixo.

Cor do céu

Quando a luz solar atravessa a atmosfera terrestre a luz solar sofre difusão refletindo mais acentuadamente a luz azul. Se não existisse atmosfera, o céu seria sempre negro, salvo na direção do Sol.

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