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Física Enem: Óptica é a parte da Física que estuda fenômenos associados à luz. Dividimos a óptica, em Geométrica e óptica física, de acordo com a forma que a luz se comporta. Veja um resumo gratuito e depois responda o Simulado Online.
Definição 1 – O que é Luz? – Vamos conceituar luz, como sendo um agente físico, capaz de sensibilizar nossos órgãos visuais, os olhos. É uma forma de energia radiante, que se propaga por meio de ondas eletromagnéticas.
Definição 2 – O que é Óptica Geométrica?
A física é dividida em várias partes dependendo do elemento de estudo, deste modo a Mecânica estuda o Movimento, a Termologia estuda o Calor, e a ÓPTICA estuda a luz.
Desta forma a Óptica Geométrica é o ramo da Física que estuda um conjunto de fenômenos (chamados de Fenômenos Luminosos) que têm como causa determinante o agente físico Luz.
Para estudarmos a óptica Geométrica, devemos conhecer bem alguns conceitos básicos, como Raio de Luz, Pincel Luminoso e Feixe Luminoso. Todos estes itens da Óptica, veremos a seguir:
– Raio de Luz: É um objeto geométrico (uma linha), que traduz a direção e o sentido de propagação da luz, ou seja, é ele que determina aonde a luz irá “aparecer”.
– Pincel Luminoso: É um conjunto de raios originados de um mesmo ponto e que apresentam uma pequena abertura angular uma relação aos outros.
– Feixe Luminoso: Se define em um conjunto de raios luminosos, cuja abertura angular entre os raios é relativamente grande, de modo a contemplar uma região ampla do espaço.
Tanto para Feixes ou Pinceis Luminosos, possuímos classificações, que variam de acordo com a sua orientação e de acordo com o ponto referencial. A seguir iremos observar como são estas classificações:
- Cônico Divergente: Os raios de luz divergem a partir de um único ponto e se espalham pelo ambiente. Como exemplo, temos as lâmpadas acesas ou uma vela também acesa.
- Cônico Convergente: Os raios de luz convergem para um único ponto P. A luz parte de várias fontes e iluminam um mesmo ponto. Como exemplo para ilustrar este caso, temos as luzes que iluminam um palco de um show, representam um sistema convergente.
- Cilíndrico: Os raios de Luz são todos paralelos entre si. O Sol, que é uma estrela, tem tamanho muito grande em relação à Terra, neste caso os raios luminosos saem do Sol e chegam a Terra com pouca abertura angular.
- Fontes de Luz: É todo corpo capaz de emitir luz. A palavra FONTE dá a idéia daquilo que origina ou produz efeito, neste caso aquilo que produz a luz. A luz emitida por este corpo pode, ser própria ou refletida por ele e obedecem a uma classificação:
- Fontes Primárias: São aquelas que emitem “Luz própria”, isto é, a energia é proveniente de outro tipo de energia, que é transformada em energia radiante luminosa. Essas fontes de luz, por sua vez, podem ser divididas em incandescentes, luminescentes e bioluminescentes.
- Fontes Incandescentes: São fontes que emitem luz em virtude da transformação de sua energia térmica em energia radiante luminosa. Um exemplo que ilustra essa teoria é o Sol, que possui em sua superfície uma temperatura da ordem de 6000ºC, (quente pra caramba). Ou se você preferir algo mais próximo do nosso dia a dia, temos as Lâmpadas de incandescência (atualmente quase em desuso), cujo filamento de tungstênio, chega a uma temperatura superior a 2000ºC.
- Fontes Luminescentes: São fontes que emitem Luz, embora neste caso, as temperaturas são relativamente baixas. Dividimos estas fontes em dois tipos:
- Fontes Fluorescentes: Nesta situação, as fontes emitem luz, enquanto houver a atuação de um agente excitador. Um exemplo são as lâmpadas fluorescentes, que comparadas com as Lâmpadas de incandescência possuem temperaturas muito menores.
- Fontes Fosforescentes: Neste caso são fontes que emitem luz durante certo tempo mesmo após ter cessado a ação do agente excitador. Exemplos clássicos, deste tipo de fonte são os relógios com mostradores luminosos que permitem a visão no escuro. As substancias depositadas sobre os algarismos absorvem energia luminosa durante o dia e são capazes de emitir tal energia durante a noite
- Fontes Bioluminescentes: Estas fontes tem sua origem nas reações químicas geradas no corpo de alguns animais. Poderemos observar tais reações em algumas formas de inseto, os Vagalumes ou até mesmo animais que vivem nas regiões abissais do fundo do mar.
A óptica passou a ser dividida em duas categorias, de acordo com sue objeto de estudo:
- Óptica Geométrica: estuda a propagação da luz por meio dos raios de luz. Ou seja: reflexão e refração da luz, espelhos, lentes e propagação retilínea da luz.
- Óptica Física: estuda o comportamento das ondas de luz, como aemissão, composição, absorção, polarização, interferência e difração da luz.
A óptica é uma área da física que busca compreender um grande número de fenômenos relacionados à luz. Em vista disso, ela pode ser compreendida como um caso particular da ondulatória, que estuda o comportamento das ondas de todo o espectro eletromagnético e não somente da luz visível.
No âmbito da física clássica, a óptica divide-se em duas subáreas — óptica geométrica e óptica física. Não obstante, ao levar-se em conta os conhecimentos da física moderna, há também a óptica quântica — uma área que estuda o comportamento quântico e corpuscular da luz e de outras radiações, bem como a sua interação com a matéria.
Saiba mais: Principais conceitos da física
Óptica geométrica
A óptica geométrica interpreta a luz como segmentos de reta, chamados raios de luz. Os raios de luz são usados para ilustrar a direção e o sentido de propagação da luz. Grande parte dos fenômenos luminosos que observamos em nosso cotidiano pode ser explicada unicamente com as contribuições da óptica geométrica, como as sombras, os eclipses e a reflexão da luz.
A óptica geométrica faz uso de uma concepção de luz relativamente simples, por isso, por meio dela podemos explicar facilmente como ocorre a formação de imagens em sistemas ópticos refletores, como espelhos planos e esféricos, mas também em sistemas ópticos refratores, como lentes delgadas, prismas e outros.
A compreensão dos fenômenos luminosos, de acordo com a óptica geométrica, envolve alguns princípios, por isso, vamos entender cada um deles no próximo tópico. Caso queira acompanhar mais sobre essa subárea da óptica, leia nosso texto: Óptica geométrica.
Princípios da óptica geométrica
Esses princípios explicam como os raios de luz comportam-se em diversas situações. Eles são válidos sob condições específicas que envolvem meios ópticos homogêneos (de índice de refração constante) e isotrópicos (que apresentam as mesmas propriedades, independentemente da direção). Conheça cada um desses princípios:
Princípio da propagação retilínea da luz: os raios de luz propagam-se em linha reta.
Princípio da independência dos raios de luz: ao cruzarem-se, dois raios de luz atravessam um ao outro como se inexistissem mutuamente.
Princípio da reversibilidade dos raios de luz: o sentido de propagação dos raios de luz é reversível.
Óptica ondulatória
É a divisão da óptica que interpreta a luz como uma onda eletromagnética, com frequência e comprimento de onda bem definidos. A óptica ondulatória permite a compreensão de fenômenos que não podem ser explicados pela óptica geométrica, tais como a interferência, difração, polarização etc.
Veja mais: Ondas – conceito, natureza e tipos
Conceitos importantes da óptica
Confira neste tópico alguns conceitos fundamentais para o seu estudo da óptica.
Fontes de luz
Chamamos de fonte de luz qualquer corpo que emana luz. Existem basicamente dois tipos de fontes de luz: primárias e secundárias:
Fontes primárias: são os corpos que produzem luz, também chamados de corpos luminosos. A luz pode ser produzida por diferentes processos, tais como a termoluminescência e a luminescência, que envolve diversos fenômenos de emissão de luz em baixas temperaturas. São exemplos de fontes primárias: o Sol e outras estrelas, a chama de uma vela, uma lâmpada acesa, a resistência de uma churrasqueira elétrica ligada etc.
Fontes secundárias: são os corpos que apenas refletem a luz que incide sobre eles e, por isso, são conhecidos como corpos iluminados. São exemplos de fontes secundárias: a Lua, seres humanos, vegetais etc.
Além das classificações relacionadas à forma como a luz emerge dos corpos, as fontes de luz podem ser divididas entre fontes puntiformes e fontes extensas, confira:
Fontes puntiformes: são aquelas que têm dimensões desprezíveis, ou seja, são muito pequenas em relação ao observador. Exemplos: as estrelas, o pixel de uma televisão, uma lanterna acesa a vários quilômetros de distância etc.
Fontes extensas: são fontes de luz cujo tamanho não pode ser desconsiderado, pois suas dimensões são comparáveis às do cenário que é iluminado. Exemplos: Sol e Lua.
Veja também: Fluorescente ou fosforescente? Diferenças entre esses fenômenos luminescentes
Cores
Quando uma luz branca incide sobre algum objeto, parte dela é absorvida por ele. Essa luz que foi absorvida pode ser transmitida diretamente para os átomos, excitando-os e fornecendo-lhes energia térmica, por exemplo. No entanto, parte da luz incidente será refletida de volta, e é essa parte que define a cor dos corpos iluminados, portanto, quando olhamos para uma bola vermelha, só a vemos assim porque seus átomos não são capazes de absorver a luz vermelha.
As cores são também a forma como o cérebro interpreta os estímulos visuais. O olho humano é capaz de detectar um intervalo de frequências de ondas eletromagnéticas conhecido como radiação visível, que se estende entre o infravermelho e a radiação ultravioleta.
O olho humano conta com diferentes tipos de células sensíveis a três picos de frequência, que correspondem às cores verde, vermelho e azul. É com base na combinação desses três estímulos que o cérebro humano “cria” a nossa percepção das cores.
Veja também: Amarelo, laranja, vermelho... Afinal de contas, qual é a cor do Sol?
Luz monocromática
É aquela que apresenta idealmente uma única frequência, ou seja, uma única cor. A luz branca, por exemplo, é policromática, ou seja, é composta por diversas frequências de luz.
Meios ópticos
Podem ser transparentes, translúcidos ou opacos, vamos conferir as características de cada um deles:
Meios transparentes: são aqueles em que a luz consegue ser transmitida com pouca ou nenhuma perda de intensidade, além disso, é possível enxergar com nitidez através deles. São exemplos: vácuo, ar, vidro etc.
Meios translúcidos: permitem a transmissão parcial da luz, no entanto, não é possível enxergar através desses meios com nitidez. São exemplos: névoa, papel vegetal, vidro fosco etc.
Meios opacos: interrompem a passagem da luz, refletindo-a ou absorvendo-a. São exemplos: paredes, ossos, metais etc. A opacidade de um meio óptico depende de muitos fatores, como a densidade e a distância percorrida pela luz, mas também depende da frequência dela. Alguns meios são opacos apenas para algumas frequências, ou seja, barram a passagem de certas cores.
Sistemas ópticos
São meios ópticos dispostos em formas e tamanhos diferentes, usados para manipular a direção da propagação da luz. Existem sistemas ópticos refletores e refratores.
- Sistemas ópticos refletores: superfícies polidas, espelhos planos, espelhos esféricos etc.
- Sistemas ópticos refratores: dioptros planos, lentes esféricas côncavas e convexas etc.
Sombra e penumbra
As sombras são produzidas quando algum meio opaco intercepta os raios de luz. Quando isso acontece, forma-se uma região do espaço onde não há incidência direta dos raios de luz, essa região é chamada de sombra.
A penumbra, por sua vez, é parcialmente iluminada pelos raios de luz e localiza-se em uma região de transição entre a sombra e a luminosidade. As penumbras são produzidas quando objetos opacos são iluminados por fontes extensas de luz. Se quiser aprofundar-se mais na formação desses efeitos, leia: Sombra e penunbra.
Fenômenos ópticos
São eventos que podem ser observados e que ocorrem pela interação da luz com a matéria. Confira as propriedades dos principais fenômenos desse tipo:
Reflexão
Ocorre quando a luz incide sobre uma superfície refletora e retorna para o seu meio de propagação de origem. Existem dois tipos de reflexão: regular e difusa. Na reflexão regular, os ângulos de incidência e reflexão são iguais, e os raios incidente e refletido encontram-se no mesmo plano, possibilitando a formação de imagens refletidas. Já na reflexão difusa, não é possível enxergar imagens refletidas.
Refração
É caracterizada pela passagem da luz através de dois meios de diferentes índices de refração. Quando a luz atravessa meios com diferentes refringências, sua velocidade de propagação muda, fazendo com que possam ocorrer desvios laterais em sua trajetória. Quer saber mais sobre esse tipo de fenômeno óptico, leia: Refração da luz.
Absorção
É o fenômeno em que uma parte ou até mesmo toda a luz incidente sobre um corpo é absorvida. Corpos capazes de absorver toda a luz incidente sobre ele são conhecidos como corpos negros. A maioria dos corpos, entretanto, não são negros, isto é, absorvem somente uma parte da luz incidente. A cor das fontes secundárias de luz é determinada pelo espectro de absorção daquele corpo, ou seja, pela sua capacidade de absorver determinadas frequências da luz visível.
Transmissão
É um processo em que a luz atravessa um meio óptico translúcido ou transparente. Quando a luz é transmitida através desses tipos de meios, sua velocidade pode mudar, bem como sua direção de propagação, o que caracteriza uma refração.
Difração
Ocorre quando a luz atravessa uma fenda de dimensões parecidas com seu comprimento de onda. Quando isso acontece, a fenda passa a produzir frentes de ondas circulares. Além disso, a diferença entre os espaços percorridos pelas frentes de ondas esféricas produz um padrão de interferência, que produz regiões de alta intensidade luminosa, seguidas de regiões de baixa intensidade luminosa. Para aprofundar-se a respeito dessa propriedade das ondas, leia: Difração.
Interferência
É um fenômeno em que a diferença de fase entre duas ou mais ondas produz regiões de alta ou baixa intensidade luminosa. Chamamos de interferência construtiva a interação entre ondas que produz ondas de maior amplitude; e de interferência destrutiva, a produção de ondas de amplitude mais baixa ou até mesmo nula em alguns pontos do espaço.
Polarização
É o nome que se dá ao processo que seleciona qual deve ser a direção de oscilação do campo elétrico de uma onda eletromagnética. Para que isso aconteça, a onda deve passar através de um polarizador, que eliminará todas as componentes do campo elétrico que não oscilem na direção desejada.
Sabemos que quando uma fonte de luz, extensa ou pontual, emite um feixe de luz (ou luminoso), a luz passa a se propagar a uma velocidade de 300.000 km/s, no vácuo. Não somente no vácuo, mas a luz também tem a capacidade de se propagar em outros meios. Diferentes meios materiais, como, por exemplo, ar, vidro, água, tijolo, comportam-se de forma distinta ao serem atravessados pelos raios de luz, ou até mesmo impedem a propagação dos raios de luz através de seu interior. Por esse motivo, esses meios são classificados em:
- Meio transparente
Um meio é dito transparente quando ele permite a propagação regular da luz. Ou seja, um objeto colocado atrás dele pode ser percebido com detalhes, com nitidez. Por exemplo, papel celofane, vidro, ar, etc.
- Meio translúcido
Um meio é dito translúcido quando a propagação da luz ocorre de forma irregular, ou seja, eles são meios intermediários. Por exemplo, papel vegetal, vidro fosco, etc. Nesse tipo de meio óptico o observador não consegue enxergar com nitidez o objeto através do meio.
- Meio opaco
É o meio óptico que não permite a propagação da luz. Por exemplo, madeira, placa metálica, tijolo, etc. Nesse tipo de meio o observador não consegue enxergar o objeto através do meio.
A figura nos mostra os três meios de propagação da luz: transparente, translúcido e opaco
No cotidiano as miragens acontecem, por exemplo, nas rodovias e em dias muito quentes. O motorista ao trafegar pela rodovia vê o que parece ser a imagem de um veículo refletido sobre o asfalto, dando a impressão que o mesmo está molhado e que o veículo foi refletido pela água. Quando ele passa perto do local percebe que ele está seco.
O termo miragem tem origem francesa. Ela se forma a partir de um fenômeno físico denominado de refração, fenômeno que refere-se aos desvios dos raios de luz. Em dias de calor intenso forma-se uma camada de ar mais quente junto ao solo. Esse ar é menos denso que o ar da camada que está logo acima dele, um ar mais frio. Assim como os raios de luz se propagam mais rápido no ar quente, eles se curvam para cima. Porém, o nosso cérebro intercepta os raios solares como se os mesmos percorressem uma trajetória retilínea. Quando isso acontece vemos o objeto refletido e invertido, dando a impressão que, no caso do exemplo do asfalto, o piso está molhado. A água é ilusão, mas a imagem é real.
Miragem, um fenômeno óptico.
A velocidade da luz no vácuo é uma constante física importante, cujo valor é de aproximadamente 300 milhões de metros por segundo.
A velocidade da luz, comumente denotada pela letra c, vale cerca de 299.792.458 m/s, ou seja, a cada segundo, a luz viaja aproximadamente 300.000 km ao se propagar no vácuo. A escolha da letra c deve-se à palavra em latim celeritas, que significa rapidez.
A velocidade da luz é utilizada para definir o metro, unidade de comprimento usada pelo Sistema Internacional de Unidades (SI) como a medida do espaço percorrido pela luz no vácuo em um tempo 1/299.792.458 segundo.
Veja também: Sistema internacional de unidades.
Quem mediu a velocidade da luz pela primeira vez?
A velocidade de propagação da luz era uma dúvida dos cientistas desde as civilizações mais antigas. Empédocles defendia que a luz tinha velocidade infinita. Ptolomeu e Euclides acreditavam que ela era emitida pelos olhos, e outros grandes filósofos e matemáticos gregos, como Aristóteles e Heron de Alexandria, acreditavam que a luz propagava-se por corpos, através do espaço, com velocidade finita. Essas visões influenciaram a forma de pensar de grandes cientistas, como Johannes Kepler (1571-1630) e René Descartes.
Em 1638, Galileu Galilei (1564-1642) chegou a realizar um experimento com intuito de calcular a velocidade da luz. Para isso, ele mediu o tempo que ela levava para deixar uma lanterna no alto de uma montanha e chegar em outra a 2 quilômetros de distância. Suas conclusões apontaram que o tempo para a luz percorrer essa distância era menor que 10-5 s (0,00001 s), um intervalo muito pequeno para ser medido com os recursos tecnológicos disponíveis naquela época.
Pouco tempo depois, em 1676, o astrônomo dinamarquês Ole Romer observou que a duração dos eclipses das luas de Júpiter variava de acordo com a época do ano. Romer desconfiou que a variação era decorrente de a luz ter velocidade finita, considerando que a distância da Terra até as luas de Júpiter muda de acordo com suas órbitas.
Foi só em 1819 que um experimento conseguiu fornecer medidas precisas da velocidade da luz. Por meio de um espelho semirrefletor e de uma roda dentada giratória, o físico francês Armand Hyppolyte Fizeau conseguiu definir a velocidade da luz, com erro pouco menor que 10% em relação à medida atual.
O experimento de Fizeau funcionava da seguinte forma:
1. A luz era emitida por uma fonte de luz L. Essa luz era convergida por meio de uma lente convexa e direcionada para um espelho semirrefletor P, com um ângulo de 45º em relação aos raios de luz. Parte desses raios de luz passava através do espelho e parte deles era refletida;
2. A parte dos raios que era refletida passava por uma roda dentada em rotação. Essa luz era refletida para um espelho S, cerca de 8 km adiante, e voltava. Fizeau regulava a velocidade de rotação de sua roda, já que a luz refletida levava um pequeno tempo para voltar até o espelho semirrefletor P, até não ser mais possível ver a imagem refletida pelo espelho S. Via-se apenas a imagem que passava originalmente pelo primeiro espelho.
Do que depende a velocidade da luz?
A velocidade da luz depende de uma propriedade dos meios ópticos chamada refringência. Quanto mais refringente for um meio, menor será a velocidade de propagação da luz em seu interior. A luz sofre refração ao propagar-se por algum meio que não o vácuo, e a medida de sua refração é chamada de índice de refração.
O índice de refração é a medida de quanto a velocidade da luz em um determinado meio foi reduzida em relação à sua velocidade no vácuo. É definido, portanto, como a razão entre a velocidade da luz no meio (v) pela velocidade da luz no vácuo (c).
Podemos tomar como exemplo o diamante: seu índice de refração é de 2,4, o que significa que a velocidade da luz no vácuo é 2,4 vezes mais rápida do que sua propagação no interior do diamante.
Veja também: Índice de refração
Por meio da união das equações de Eletricidade com as de Magnetismo, James Clerk Maxwell conseguiu desenvolver as equações do Eletromagnetismo que descrevem a luz como uma onda eletromagnética transversal. Por meio de seus cálculos, Maxwell conseguiu determinar a velocidade da luz baseando-se em constantes físicas ainda mais fundamentais: as constantes elétrica e magnética do vácuo, chamadas de permissividade (ε0) e permeabilidade (μ0) do vácuo. Dessa forma, a velocidade da luz pode ser obtida, por meio dessas duas constantes, pela expressão:
Veja também: Equações de Maxwell
Apesar de nos parecer instantânea, a luz se move com velocidade finita, levando um tempo para chegar aos nossos olhos
Luz
O que é luz?
Luz é a radiação eletromagnética, capaz de provocar sensação visual num observador normal. Transporta uma energia chamada energia radiante, que é capaz de sensibilizar as células de nossa retina e provocar a sensação de visão.
A misteriosa natureza da luz sempre foi tema de fascínio para os maiores cientistas do mundo, despertando controvérsias, polêmicas e interpretações conceituais duvidosas que, ao longo do tempo, foram sendo adaptadas, reformuladas ou mesmo refutadas pela comunidade científica.
O prestígio de lsaac Newton foi responsável pelo fato de a teoria corpuscular da luz (teoria que admitia que a luz era formada por um feixe de partículas) predominar por muito tempo, mesmo sem explicar de maneira convincente muitos fenômenos ópticos, como, por exemplo, o caso da refração, que recebia uma explicação conceitual coerente com a observação experimental, mas que chegava à conclusão (que hoje sabemos ser equivocada) de que a luz teria velocidade maior na água do que no ar.
Por sua vez, a teoria ondulatória da luz, mesmo sem contar com paternidade tão eminente, conseguia explicar de maneira satisfatória um grande número de fenômenos.
Em 1850, ficou comprovado experimentalmente que a velocidade da luz no ar era maior que na água e, em 1860, com a teoria eletromagnética de Maxwell, ficou sentenciada a estabilidade e a credibilidade da teoria ondulatória da luz.
Porém, por conta de uma grande ironia da ciência, no final do século XIX, em uma das experiências comprobatórias da teoria ondulatória da luz, descobriu-se o efeito fotoelétrico, que ressuscitaria o modelo corpuscular para a luz. Desta maneira, a aceitação de uma natureza dupla (dualidade onda-partícula) foi inevitável. Hoje, a moderna teoria quântica descreve com requintes matemáticos o “mundo invisível” das interações subatômicas sem, contudo, sem tomar partido definitivo nesta questão.
A luz ocupa uma posição intermediária na escala dos comprimentos de onda. Apresenta tanto propriedades ondulatórias como corpusculares.
Meios de Propagação da luz
- Meio homogêneo: Apresenta as mesmas propriedades físicas em todos os seus pontos.
- Meio isótropo ou isotrópico: As propriedades físicas medidas em um ponto do meio não dependem da direção em que são examinadas.
Quando um meio é simultaneamente homogêneo, transparente e isótropo, ele é chamado de ordinário ou refringente.
Meios Transparentes:
- Permitem a passagem da luz, e os objetos podem ser observados através deles.
Exemplos: o ar, a água, o vidro e os cristais perfeitamente sólidos.
Meios Translúcidos:
- Permitem a passagem de uma parte da luz incidente, e por essa razão os objetos não podem ser observados totalmente através deles. Só se observam contornos.
Exemplos: o vidro martelado banheiros(usado nos banheiros) e o papel vegetal.
Meios Opacos:
- Não permitem a passagem da luz.
Exemplos: madeira e parede de concreto.
Fontes de luz
São fontes capazes de emitir luz. As fontes de luz classificam-se em:
primárias: são as fontes que emitem luz própria ou corpos luminosos, ou seja, a luz que produzem.
As fontes primárias se subdividem em:
- incandescentes: são aquelas que emitem luz em virtude de sua elevada temperatura. Exemplos: o sol, as lâmpadas de defilamento.
- luminescentes: emitem luz em temperaturas mais baixas. Exemplos: lâmpada fluorescente (que necessita ser excitada para emitir luz); substâncias fosforescentes, que reemitem uma fração da luz que absorveram momentos atrás.
secundárias: são os corpos iluminados, que não possuem luz própria ou corpos iluminados. Constituem a classe de todos os objetos que, por reflexão, retransmitem a luz que recebem. Exemplos: as plantas e satélites do sistema solar e de um modo geral, todos os objetos que enxergamos.
Princípios da propagação da luz
Primeiro princípio: Propagação Retilínea da Luz
- Em meios transparentes e homogêneos, a luz se propaga em linha reta.
Segundo princípio: Independência dos Raios Luminosos
- Se dois ou mais raios de luz, vindos de fontes diferentes, se cruzam, eles seguem suas trajetórias de forma independente, como se os outros não existissem.
Terceiro princípio: Reversibilidade dos Raios Luminosos
- Se um raio luminoso se propaga numa direção e em sentido arbitrário, outro poderá propagar-se na mesma direção e em sentido contrário.
É o que acontece quando olhamos através de um retrovisor e percebemos que alguém nos observa através dele.
Natureza da luz
A luz tem característica dupla. Compõe-se de corpúsculos denominados fócons, os quais se propagam em ondas transversais. É uma partícula subatômica, desprendida por átomos e dotada de alta energia luminosa, as diferenças de energia dão diferentes de cor.
A propagação da luz no vácuo, é sempre igual, isto é, se processa sempre à mesma velocidade. A mais recente medição da velocidade da luz, efetuada em 1956 confere à velocidade no valor de 299.792,4km por segundo. Quando a luz atravessa substâncias materiais, seus raios sofrem ligeiro retardamento, conforme a substância, conforme também o seu ângulo de saída.
Reflexão, Absorção e Refração da luz
No nosso cotidiano, observamos vários fenômenos ópticos. Por exemplo, quando um feixe de luz incide sobre uma superfície, podem ocorrer reflexão, absorção ou refração da luz.
Reflexão da luz
Reflexão da luz ocorre quando a luz incide em uma superfície refletora e se mantém no mesmo meio, sofrendo mudança na direção de propagação. Se a incidência for perpendicular à superfície, há mudança apenas no sentido.
Quando um feixe de luz se propaga no ar e incide na superfície de um bloco de vidro, em virtude de ser o vidro transparente, parte desta luz penetra no bloco, mas outra parte volta a se propagar no ar.
Dizemos que a porção do feixe que voltou a se propagar no ar sofreu reflexão, ou seja, parte da luz se refletiu ao encontrar a superfície do vidro.
O feixe de luz que se dirige para a superfície é denominado feixe incidente e o feixe devolvido pela superfície refletora é o feixe refletido.
Se a superfície em que o feixe incidir for lisa, o feixe refletido será bem definido e ocorrerá, então, a reflexão regular da luz.
Difusão da luz ou reflexão irregular
Quando a superfície onde um feixe de luz incide for irregular, cada pequena porção da superfície refletirá a luz numa determinada direção e, consequentemente, o feixe refletido não será bem definido e a luz se espalhará em todas as direções. Aconteceu, então, reflexão difusa, ou seja, houve difusão da luz pela superfície.
A maioria das superfícies são ásperas, suas irregularidades refletem a luz em diversas direções. Esse tipo de luz refletida se chama luz difusa. É graças a ela que, durante o dia, um cômodo pode ser iluminado pela luz do sol, que se reflete no ar, nas nuvens e nas paredes.
Assim as superfícies polidas refletem melhor a luz que as superfícies ásperas.
Refração da luz
Na reflexão da luz, vimos que, quando um feixe de luz, propagando-se no ar, encontra a superfície de um bloco de vidro, parte do feixe é refletida e outra parte penetra no bloco. Vamos analisar, agora, o que acontece com a porção que penetra no bloco de vidro.
Quando isso acontece, dizemos que a luz sofreu refração, ou seja, a luz se refrata ao passar do ar para o vidro.
Refração da luz é a mudança na direção de propagação que sofre um raio luminoso ao passar de um meio transparente para outro (a menos que a incidência seja perpendicular, pois então não há mudança na direção de propagação, embora haja mudança de velocidade ao se mudar o meio de propagação).
Com isso, pode-se compreender por que a luz branca se decompõe ao passar por um prisma. A luz branca é formada por uma série de radiações elementares de diferentes frequências que, ao passarem por um prisma, sofrem uma variação distinta de velocidade e diferentes desvios, sendo separadas.
A absorção da luz
Quando uma luz atravessa um meio, uma parte da energia que ela carrega é absorvida pelas partículas presentes nesse meio. Assim, a onda vai sendo atenuada à medida que se propaga.
Absorção é a parte da luz que se transforma em outro tipo de energia. É o que ocorre, por exemplo, nos aquecedores solares presentes em algumas residências.
Luz Visível
A luz visível ou espectro visível, é o conjunto de ondas eletromagnéticas que, ao penetrar em nossos olhos, pode sensibilizar a retina e desencadear o mecanismo da visão. Essas ondas, como qualquer outra radiação eletromagnética, são originadas por cargas elétricas oscilantes.
No caso da luz, os elétrons presentes nos átomos que constituem a matéria, ao receberem energia por colisões, excitam-se e passam a ocupar níveis energéticos mais altos. Ao retornarem aos níveis energéticos originais, a energia que haviam recebido é devolvida ao meio sob a forma de luz, capaz de impressionar nossas retinas.
Isaac Newton percebeu que a luz se propagava em linha reta e descobriu, também, que, ao atravessar um prisma de vidro, a luz solar branca sofria dispersão e se decompunha, nas cores do arco-íris. Newton defendia a hipótese de que a luz era constituída por partículas que obedeciam às leis da Mecânica. A ideia de que a luz é constituída por atividade oscilatória de um meio não-identificado levou o físico e astrônomo holandês Christian Huygens (1629-1695) a propor, em 1687, a teoria ondulatória da luz. (Se informe mais em: Cor da Luz).
Em 1801, o físico inglês Thomas Young (1773-1829) realizou experimentos que reforçaram essa teoria. O comprimento de onda da luz visível, determinado por ele, colocava esse tipo de radiação do espectro eletromagnético na faixa entre 4,0 • 10-7 m e 7,5 • 10-7 m. Considerando que a velocidade de propagação da luz é de 3,0 • 108 m/s e usando a equação das ondas, podemos obter os correspondentes valores de frequências que situam a luz visível na faixa entre 7,5 • 1014 Hz e 4,0 • 1014 Hz.
A sensação visual de cor que a luz visível provoca nos seres humanos está relacionada ao comprimento de onda da radiação ou, o que é equivalente, à sua frequência. Assim, ondas luminosas com comprimentos de onda diferentes provocam sensações visuais de cores diferentes.
A luz visível de maior comprimento de onda — portanto, com a menor frequência — provoca a sensação visual do vermelho, e a luz visível de menor comprimento de onda — portanto, com a maior frequência — provoca a sensação visual do violeta.
Como as frequências das ondas do espectro eletromagnético variam de modo contínuo, temos naquela faixa do espectro infinitas frequências, o que corresponde a um número infinito de cores variando em degrade. Nesse degrade contínuo de cores destacam-se sete regiões, com as cores que podem ser vistas em um arco-íris.
O diagrama ao lado mostra os intervalos de comprimentos de onda presentes em cada uma dessas sete regiões do espectro e suas respectivas frequências.
A luz branca solar resulta da superposição das infinitas cores do espectro visível, e isso pode ser evidenciado quando um raio de luz branca do Sol atravessa um prisma de vidro. A decomposição da luz branca é explicada pela diferença no valor da velocidade de propagação de cada luz colorida em meios materiais: a velocidade de propagação, nos meios materiais, aumenta do violeta para o vermelho. Assim, nos meios materiais, temos:
Como a velocidade de propagação varia de cor para cor, os correspondentes valores de índices de refração também variam e, pela lei de Snell-Descartes, cada cor será retratada sob determinado ângulo.
A luz visível permite o funcionamento de muitos instrumentos ópticos, desde um simples espelho até um sofisticado microscópio. Entretanto, uma das aplicações mais técnicas da luz visível ocorreu em 1960, quando o físico norte-americano Theodore Harold Maiman desenvolveu o primeiro laser, nome que abrevia a expressão do inglês light amplification by stimulated emissíon of radiation (luz amplificada por emissão estimulada de radiação), um tipo de luz que só pode ser obtido com equipamentos especiais. O laser obtido por Maiman produzia pulsos de luz vermelha, com comprimento de onda de 694 nm, a partir de um bastão de rubi e empregava a luz de um cintilador como fonte de energia.
A luz visível origina-se em geral quando elétrons saltam de níveis mais energéticos para níveis menos energéticos (saltos quânticos) e, nesse caso, a luz comum, mesmo que de uma só cor, é uma mistura de diferentes frequências. No caso da luz laser, todos os saltos quânticos correspondem a uma mesma variação de energia e, assim, um feixe de laser apresenta uma única frequência, ou seja, uma mesma única cor. Além disso, nele as ondas eletromagnéticas propagam-se paralelamente umas às outras e são produzidas em fase, ou seja, todas as cristas e todos os vales se deslocam juntos (luz coerente), como pode ser observado na figura abaixo.
Luz comum (mistura de várias frequências) e luz laser (uma única frequência).
Radiação Solar
A atmosfera pode ser considerada uma gigantesca máquina térmica, alimentada pela energia externa oriunda do Sol, a radiação solar, que fornece 99,97% da energia utilizada no sistema Terra.
A biosfera é um sistema vivo que não pode ser desconectado do fluxo de energia proveniente do Sol. Em última análise, os seres vivos dependem dessa energia para realizar as atividades metabólicas: são “máquinas biológicas”, movidas a energia solar.
Tipos de radiação solar
A emissão solar é uma mistura de radiações com diferentes comprimentos de onda. Distinguem-se três frações:
- A luz ou radiação visível é o que a visão humana pode perceber; contém 42% da energia da emissão solar e pode ser decomposta em radiações de cores distintas que vão do violeta ao vermelho. A radiação visível contém a energia adequada para ser aproveitada pela fotossíntese. (Veja: Luz Visível).
- A radiação ultravioleta representa 9% da energia total. Tem menor comprimento de onda que a luz visível e não pode ser percebida pelas pessoas. E uma radiação energética e, portanto, capaz de provocar a ruptura de certas ligações químicas, levando à desorganização das moléculas. (Veja: Radiação Ultravioleta).
- A radiação infravermelha equivale a 49% da energia emitida pelo Sol, e seu comprimento de onda é maior do que o da luz. Também não é percebida pelo ser humano. Tem pouca energia e só produz agitação térmica, isto é, esquenta os corpos a ela expostos. (Veja: Radiação Infravermelha).
Como radiação solar chega à superfície da Terra
A atmosfera funciona como um filtro para a radiação solar, que deixa passar certos comprimentos de onda e reflete ou retém outros.
Na parte alta da atmosfera está localizada a camada de ozônio, que absorve uma pequena porcentagem da radiação total, correspondente à radiação ultravioleta, nociva aos seres vivos. Uma parte da radiação é refletida para o espaço pelas camadas mais altas da atmosfera.
Outra parte é absorvida pelos gases responsáveis pelo efeito estufa: vapor d agua, gás carbônico, metano etc.
Ao solo, chega somente 47% da radiação que penetrou na alta atmosfera. Dessa energia, 25,8% são absorvidos pela água; 21% pelo solo e apenas 0,2% é utilizado na fotossíntese.
Ainda assim, a energia absorvida pelo meio físico (água e solo) é responsável por colocar em movimento as circulações atmosférica e marítima, que são vitais para o funcionamento da biosfera.
A distribuição da radiação sobre o planeta
Nem todos os pontos da superfície terrestre recebem a mesma quantidade de radiação solar. A posição da Terra em relação ao Sol e o movimento dela ao redor de sua estrela fazem que as regiões localizadas próximo à Linha do Equador, por exemplo, recebam mais energia do que as localizadas próximo aos polos, e que no verão haja mais energia do que no inverno.
Os valores mais altos de radiação próxima ao solo foram registrados em alguns desertos, onde observaram-se medidas de 220 kcal/(cm2/ano). Os valores mínimos foram registrados nos polos, onde há estimativas inferiores a 80 kcal/(cm2/ano).
Como a radiação solar é medida?
Alguns observatórios meteorológicos realizam um controle diário do número de horas de sol e da quantidade de energia recebida nos locais em que estão instalados.
O número de horas de insolação é medido por meio de um aparelho denominado heliógrafo, que consiste numa esfera de vidro que concentra os raios solares sobre uma fita de papel, na qual se marcam as horas. Na ausência de nuvens, a luz queima a folha de registro, deixando um rastro carbonizado que pode, então, ser medido. Já a energia da radiação solar é medida com aparelhos chamados solarímetros.
A constante solar
A quantidade de energia radiante que chega ao limite da alta atmosfera recebe o nome de constante solar e tem um valor aproximado de 2 cal/(cm2/min).
Apesar do nome, essa quantidade de energia varia de acordo com a distância entre o Sol e a Terra e também segundo a intensidade da atividade solar.
Em um ano, um centímetro quadrado da alta atmosfera recebe em torno de 438 kcal, quantidade que equivale, por exemplo, à sétima parte do consumo energético médio diário de uma pessoa adulta.
Holografia
Os hologramas são imagens em três dimensões, como os coloridos emblemas de segurança nos cartões de crédito e nas embalagens de CD.
Tal como a fotografia, a holografia é uma técnica para registrar em filme a informação relativa a um objeto ou cena. Entretanto, os mecanismos básicos utilizados, bem como a natureza das imagens produzidas, diferem bastante de uma para outra. A fotografia comum produz uma representação bidimensional do objeto, na qual a profundidade da cena termina no plano de impressão. A holografia, ao contrário, capta a informação em três dimensões: inclui a profundidade.
Para compreender a diferença entre a fotografia comum e este processo, é importante considerar primeiramente a natureza da luz. A luz visível é um tipo de radiação e, como tal, atravessa o espaço na forma de ondas eletromagnéticas. A distância entre as sucessivas cristas dessas ondas é denominada comprimento de onda, e o número de cristas por segundo que passam por um ponto chama-se frequência. Como a velocidade de propagação da luz é constante, frequências mais altas equivalem a comprimentos de onda mais curtos.
As fontes de luz usadas nas fotografias convencionais (a luz do sol e a iluminação artificial, por exemplo) emitem radiação com uma ampla gama de frequências, visto que a luz branca abrange as frequências do ultravioleta até o infravermelho. Para se registrar a informação acerca da profundidade da cena é necessário que a fonte de luz seja monocromática (tenha frequência única) e coerente, isto é, que as cristas de todas as ondas caminhem juntas (em fase).
Por isso, embora a holografia tenha sido idealizada em 1947, a demonstração prática de seus efeitos só se tornou possível a partir da década de 60, com o desenvolvimento da tecnologia do laser, que emite raios luminosos coerentes e monocromáticos.
Quando duas ondas chegam a um determinado ponto em fase, isto é, quando as cristas de ambas coincidem, suas energias atuam em conjunto, reforçando a intensidade ou amplitude da luz. Este processo é chamado interferência construtiva. Por outro lado, se a crista de uma onda coincide com a posição mínima – ou ventre do ciclo – de outra, ou seja, se as cristas de ambas chegam fora de fase, obtém-se uma redução de intensidade: ocorre uma interferência destrutiva.
Como o raio laser é monocromático e coerente, os detalhes relativos à profundidade de uma cena iluminada por um feixe deste tipo estão contidos nos relacionamentos das fases das ondas que chegam à chapa de registro holográfico. Uma onda vinda de uma parte mais distante da cena chega “retardada” com relação às ondas provenientes dos pontos mais próximos. É o registro desta informação que permite a reconstrução óptica do objeto em três dimensões. Para registrar esta informação é necessário um feixe de referência, com o qual se possam comparar os relacionamentos fásicos do feixe luminoso refletido pelo objeto. Para tanto separa-se o feixe de laser em dois: um dirigido para a cena, a partir do qual se forma o feixe refletido (feixe objeto); o outro (feixe de referência) é apontado diretamente para a placa de registro. No ponto em que os dois se encontram, a chapa, ocorre o fenômeno da interferência.
O holograma é usualmente revelado numa chapa transparente. Para reconstruir a imagem da cena original, esta transparência precisa ser iluminada com um feixe de luz coerente, semelhante ao utilizado como feixe de referência no registro. À medida que passa através da chapa transparente do holograma, o feixe de laser de reconstrução é modulado (modificado), de acordo com a amplitude e fase, assemelhando-se desta forma ao feixe objeto original. Forma-se então uma imagem virtual do objeto que, para o observador, parece estar situada atrás do holograma. Existe também uma imagem real, formada do mesmo lado em que se coloca o observador, e que não pode ser vista por tratar-se de uma imagem focalizada. Contudo, ela poderá ser observada se uma tela for colocada na área focal.
Como a cor depende da frequência da luz, qualquer holograma produzido com um único laser dará na reconstrução imagens de uma única cor. Entretanto, com a utilização de três raios laser de frequências diferentes (correspondentes às três cores primárias – vermelho, verde e azul), é possível registrar e reconstruir uma cena com todas as cores.
Aplicações da holografia
A holografia é muito usada na pesquisa científica e nos testes. Os selos holográficos são uma medida de segurança, porque é muito difícil falsificá-los.
Outras aplicações testes de aviação, que projetam instrumentos no campo de visão do piloto, e leitores de barra, em lojas.
A holografia também foi desenvolvida como forma de arte. Os hologramas são encontrados em galerias e museus de todo o mundo. Sua produção em grande quantidade é de baixo custo, o que os viabiliza como itens promocionais ou de presentes.
Velocidade da luz e o ano-luz
Durante um certo tempo, acreditava-se que a propagação da luz fosse instantânea, ou seja, ela seria imediatamente vista por um observador assim que fosse emitida a partir de uma fonte.
Hoje sabemos que quando a luz se propaga através de um meio, ela o faz com uma velocidade determinada. Essa velocidade é extremamente alta quando comparada com velocidades registradas em fenômenos cotidianos.
No vácuo, onde temos velocidade máxima de propagação da luz, qualquer que seja a frequência, ou cor, da luz considerada (vermelha, alaranjada, amarela, verde, azul, anil ou violeta), a velocidade de propagação é sempre a mesma e da ordem de 3,0 . 105 km/s.
Velocidade da luz no vácuo = 3,0. 105 km/s = 3,0. 108 m/s
Em um meio material, a velocidade da luz é menor que no vácuo.
Para luzes monocromáticas e um determinado meio material, a mais rápida é a luz vermelha e a mais lenta é a luz violeta.
O ano-luz
Imagine medirmos a distância entre São Paulo e Rio de Janeiro em milímetros; seria extremamente inconveniente, tal a quantidade de algarismos a serem utilizados para expressar essa medida.
Da mesma forma, para medirmos a distância entre os astros existentes no universo, não utilizamos unidades como o metro ou quilômetro, pelo mesmo inconveniente já citado.
Em Astronomia. utiliza-se como padrão para medir distâncias o “ano-luz”. Essa unidade corresponde à distância que a luz percorre no vácuo em um ano terrestre.
1 ano-luz ⇒ 10 trilhões de quilômetros
Alfa-centauro, que é a segunda estrela mais próxima da Terra, está a aproximadamente 43 trilhões de quilômetros (43000000000000km), ou “simplesmente” 4,3 anos-luz.
A luz emitida hoje por esta estrela irá demorar 4,3 anos para chegar até nós.
Quando observamos o céu numa noite estrelada, várias daquelas estrelas estão extintas, embora nos deem a impressão de sua existência!
Baseados nisto, podemos concluir que olhar para o céu é enxergar o passado.
EXERCÍCIOS SOBRE CONCEITOS BÁSICOS DE ÓPTICA GEOMÉTRICA
EXERCÍCIOS DE FÍSICA
Estes exercícios comentados testarão seus conhecimentos sobre os conceitos básicos estudados em Óptica Geométrica.Publicado por: Joab Silas da Silva Júnior
Entre as alternativas a seguir, escolha aquela que contém apenas fontes primárias de luz.
a) Fósforo, Sol, Lua
b) Lua, Júpiter, Sol
c) Vela acesa, Sol, Lua
d) Estrelas, Fósforo aceso, Sol
e) Estrelas, pilha de lanterna e Sol.
(UFAL) A figura representa um feixe de raios paralelos incidentes em uma superfície S e os correspondentes raios emergentes:
Essa figura ilustra o fenômeno óptico da:
a) dispersão.
b) reflexão difusa.
c) refração.
d) difração.
e) reflexão regular.
Indique a alternativa que explica de forma correta a diferença entre as fontes de luz fluorecentes e fosforescentes.
a) As fluorecentes emitem luz a partir da excitação do flúor em seu interior, e as fosforescentes funcionam pela excitação do fósforo.
b) As fluorecentes emitem luz durante a ação de um agente excitador, e as fosforescentes emitem radiações ultravioleta.
c) As fluorecentes emitem luz durante a ação de um agente excitador, e as fosforescente emitem luz mesmo após o fim da ação do excitador.
d) Lâmpadas fluorecentes funcionam a partir da excitação de gases como o argônio, e materiais fosforescentes funcionam por meio da excitação do fósforo.
e) Os termos fluorecentes e fosforescentes são sinônimos.
As afirmações a seguir tratam dos conceitos básicos de Óptica Geométrica. Indique a questão incorreta.
a) Raios de luz são setas orientadas que representam a luz e são classificados como paralelos, convergentes e divergentes.
b) A Óptica Geométrica estuda a natureza física da luz.
c) Fontes secundárias de luz são aquelas que não produzem luz própria. A Lua é um exemplo de fonte secundária.
d) Quando um feixe luminoso muda de meio de propagação, ocorre o fenômeno óptico da refração.
e) A Óptica Geométrica estuda os fenômenos com base em experimentos e não analisa a natureza física da luz, mas a interpreta como setas orientadas denominadas de raios de luz.
Uma fonte secundária de luz que se apresenta na cor azul possui tal cor porque:
a) refrata a luz incidente.
b) reflete a luz azul.
c) difrata a luz azul.
d) absorve a luz azul.
e) emite luz azul.
RESPOSTAS
LETRA “D”
As fontes primárias de luz são aqueles que produzem luz própria. Algumas fontes, como fósforos e lâmpadas, são fontes primárias desde que estejam acesas.
Voltar a questãoLETRA “B”
A reflexão é o fenômeno em que os raios de luz atingem determinada superfície e têm a sua direção de propagação alterada. Quando os raios refletidos (emergentes) mantêm-se paralelos, a reflexão é chamada de regular; porém, caso a superfície seja rugosa, os raios refletidos não serão paralelos, e a reflexão será denominada de difusa.
Voltar a questãoLETRA “C”
As fontes de luz do tipo fluorecente funcionam enquanto houver ação do elemento excitador, que, geralmente, é o argônio. Fontes fosforescentes emitem luz mesmo após o fim da ação do excitador. Seu funcionamento baseia-se na energia potencial química.
Voltar a questãoLETRA “B”
A Óptica Geométrica não leva em consideração a natureza física da luz, mas a interpreta como raios luminosos, isto é, setas orientadas que representam a luz.
Voltar a questãoLETRA “B”
Fontes secundárias refletem a luz incidente. Se o objeto é percebido na cor azul, é porque ele possui a capacidade de refletir a luz dessa cor.
Voltar a questãoExercícios de Óptica
1 – (UFAL) – A figura representa um feixe de raios paralelos incidentes em uma superfície S e os correspondentes raios emergentes:
Essa figura ilustra o fenômeno óptico da:
a) dispersão.
b) reflexão difusa.
c) refração.
d) difração.
e) reflexão regular.
2 – (FMABC SP) – As imagens abaixo correspondem a um acessório de segurança para quem tem que transportar um bebê na cadeirinha no banco de trás – o espelho retrovisor para bebê. Para que os pais possam ver o filho sentado na cadeirinha, fixada no banco traseiro e de costas para os ocupantes dos bancos da frente do carro, o espelho deve ser fixado no encosto de cabeça do banco traseiro, defronte ao bebê. Assim, os pais, ao olharem para o espelho retrovisor interno do automóvel, poderão ver a imagem refletida do bebê. O princípio da óptica geométrica que permite que isso seja possível é
a) refração luminosa.
b) dispersão luminosa.
c) independência dos raios luminosos.
d) reversibilidade dos raios luminosos.
3 – (IFSC) – Com base nos princípios da óptica geométrica, analise as afirmativas abaixo.
I. Na reflexão, o raio incidente e o raio refletido estão contidos no mesmo plano que a reta normal, portanto são congruentes.
II. Quando a luz incide numa fronteira separadora de dois meios, pode sofrer reflexão, absorção e refração.
III. Ao observarmos uma pessoa através de um espelho plano, também seremos vistos por ela. Este fenômeno é descrito pelo Princípio da Independência dos Raios Luminosos.
IV. A faixa de frequência de ondas capaz de sensibilizar o olho humano é denominada de espectro visível.
V. Podemos considerar que a “sombra” de uma nuvem projetada sobre o solo é do mesmo tamanho da própria nuvem, devido aos raios solares serem aproximadamente paralelos.
É CORRETO afirmar que
a) apenas II, IV e V são verdadeiras.
b) apenas II e III são verdadeiras.
c) apenas III e V são verdadeiras.
d) apenas I, II, III e VI são verdadeiras.
e) apenas III e IV são verdadeiras.
4 – (ENEM/2016) – Algumas crianças, ao brincarem de esconde- esconde, tapam os olhos com as mãos, acreditando que, ao adotarem tal procedimento, não poderão ser vistas. Essa percepção da criança contraria o conhecimento científico porque, para serem vistos, os objetos
a) refletem partículas de luz (fótons), que atingem os olhos.
b) refletem partículas de luz (fótons), que se chocam com os fótons emitidos pelos olhos.
c) geram partículas de luz (fótons), convertidas pela fonte externa.
d) são atingidos por partículas de luz (fótons), emitidas pelos olhos.
e) são atingidos pelas partículas de luz (fótons), emitidas pela fonte externa e pelos olhos.
5 – (UECE/2015) – Considere uma fibra ótica distendida ao longo de uma trajetória sinuosa. Uma das extremidades recebe luz que, através da fibra, sai pela outra extremidade. Note que a fibra não segue uma trajetória retilínea. Essa aparente violação dos conceitos de ótica geométrica, a respeito da propagação retilínea da luz, pode ser explicada da seguinte forma:
a) a luz no interior da fibra viola os princípios da ótica geométrica.
b) a luz percorre trajetórias retilíneas no interior da fibra, sofrendo múltiplas reflexões na superfície da fibra até a saída.
c) a luz no interior da fibra somente se propaga se a fibra estiver disposta em linha reta.
d) a luz sofre refrações múltiplas durante sua propagação, havendo apenas uma reflexão total na saída da fibra.
6 – (UERN/2015) – Nos meios homogêneos e transparentes, a luz se propaga em linha reta. Essa propriedade pode ser evidenciada pelo fenômeno da
a) formação de eclipses.
b) interferência.
c) polarização.
d) difração.
7 – (FCM PB/2015) – Você pode construir uma câmara escura com uma lata de leite em pó ou com uma caixa de sapatos. Faça o furo no fundo da lata ou numa lateral da caixa e coloque o papel vegetal no lugar da tampa ou na lateral oposta. Está pronta uma câmara escura simples, porém, com menos recurso.
Podemos compreender como a imagem de um objeto é formada no papel vegetal colocado no interior de uma câmara escura, ou mesmo sobre a nossa retina. Cada ponto do objeto luminoso ou iluminado emite ou reflete a luz em todas as direções e, portanto também na direção do pequeno orifício. Como pudemos observar a imagem projetada, nestas condições, aparecerá invertida. Na segunda figura, a imagem aparece invertida em relação ao objeto. Esta inversão da imagem é justificada pela(o):
(http://www.if.usp.br/gref/optica/optica1.pdf)
a) reversibilidade da luz.
b) propagação retilínea da luz.
c) reflexão difusa da luz.
d) independência dos raios de luz.
e) lei de Snell – Descartes.
Confira as respostas dos exercícios de óptica com o nosso gabarito abaixo.
Respostas dos Exercícios de Óptica
Exercício resolvido da questão 1
b) reflexão difusa.
Exercício resolvido da questão 2
d) reversibilidade dos raios luminosos.
Exercício resolvido da questão 3
a) apenas II, IV e V são verdadeiras.
Exercício resolvido da questão 4
a) refletem partículas de luz (fótons), que atingem os olhos.
Exercício resolvido da questão 5
b) a luz percorre trajetórias retilíneas no interior da fibra, sofrendo múltiplas reflexões na superfície da fibra até a saída.
Exercício resolvido da questão 6
a) formação de eclipses.
Exercício resolvido da questão 7
b) propagação retilínea da luz.
Questão 4
Exercícios Sobre O Princípio De Propagação Retilínea Da Luz
Para resolver estes exercícios sobre o princípio de propagação retilínea da luz, são necessários conhecimentos sobre os princípios da Óptica geométrica e da câmara escura.
FÓRMULAS :
Questão 1
(FEI) Uma câmara escura de orifício fornece a imagem de um prédio, o qual se apresenta com altura de 5 cm. Aumentando-se de 100m a distância do prédio à câmara, a imagem reduz-se para 4 cm de altura. Qual é a distância entre o prédio e a câmara, na primeira posição?
a) 100 m
b) 200 m
c) 300 m
d) 400 m
e) 500 m
Questão 2
Um pesquisador precisava medir a altura de um prédio de vinte andares, porém ele não possuía o instrumento de medida necessário para realizar essa medição. Conhecendo o princípio da propagação retilínea da luz, ele utilizou uma haste de madeira de 1 m de altura e, em seguida, mediu a sombra projetada pela haste, que foi de 20 cm, e a sombra projetada pelo prédio, que foi de 12 m.
Calcule a altura do prédio de acordo com esses dados encontrados pelo pesquisador.
Questão 3
Um objeto de 8,0 m de altura é colocado na frente de uma câmara escura de orifício a uma distância de 3,0 m. Sabendo que a câmara possui 25 cm de profundidade, calcule o tamanho da imagem formada.
Questão 4
(Unitau) Dois raios de luz, que se propagam em um meio homogêneo e transparente, interceptam-se em certo ponto. A partir desse ponto, pode-se afirmar que:
a) os raios luminosos cancelam-se.
b) mudam a direção de propagação.
c) continuam propagando-se na mesma direção e sentindo que antes.
d) propagam-se em trajetórias curvas.
e) retornam em sentidos opostos.
Respostas
Resposta Questão 1
Dados:
i = 5 cm
O = 4 cm
DI = x + 100
Do = 100
Utilizamos a equação:
DI = i
Do O
x + 100 = 5
x 4
4 (x + 100) = 5x
4x + 400 = 5x
5x – 4x = 400
x = 400
Resposta: Alternativa D
Resposta Questão 2
Dados:
o = ?
i = 12 m
p = 1 m
p' = 20 cm = 0,2 m
Utilizamos a expressão:
_i_ = p'
o p
Substituindo os dados, temos:
12 = 0,2
o 1
o = 12
0,2
o = 60 m
A altura do prédio é 60 m.
Resposta Questão 3
Dados:
o = 8,0 m
p = 3,0 m
p' = 25 cm = 0,25 m
i = ?
Utilizamos a expressão:
_i_ = p'
o p
Substituindo os dados, temos:
_i_ = 0,25
8 3
3 i = 8 . 0,25
i = 2
3
i = 0,67 m
Resposta Questão 4
A alternativa correta é a opção C. Quando dois raios de luz propagam-se em um meio homogêneo e transparente, eles continuam propagando-se na mesma direção e sentido. Isso ocorre graças ao princípio da independência dos raios luminosos, que afirma que os raios de luz são independentes ao interceptarem-se, pois cada um deles mantém sua trajetória como se os demais não existissem.Ao observar o asfalto em dias quentes podemos perceber a formação de imagens que aparentam poças d’água.
Marque a alternativa que apresenta o nome dado a este evento e o fenômeno óptico envolvido em sua ocorrência.
a) Miragens, reflexão da luz
b) Dispersão, refração da luz
c) Difração, reflexão da luz
d) Miragens, refração da luz
e) Miragens, absorção da luz.
Resposta Questão 4
Letra D
A diferença de temperatura nas camadas de ar próximas ao
chão geram alterações no índice de refração do meio, fazendo
com que a luz sofra uma curva e produza
uma imagem, denominada de miragem.
MAIS UM ASSUNTO
FRASE DO DIA
PATRIMÔNIO , NÃO SÃO SÓ AS COISAS QUE
VOCÊ PODE TOCAR, MAS TAMBÉM
AS QUE TOCAM VOCÊ.
ARTE RUPESTRE
APROFUNDANDO UM POUCO MAIS NO ASSUNTO.
DEPOIS DE LER O MATEIRAL COLOCADO ABAIXO, DE A
SUA OPINIÃO.
POR QUE OS HOMENS PRIMITIVOS
DAQUELA ÉPOCA
DESENHAVAM NAS CAVERNAS?
LEIA O MATERIAL ESCRITO COLOCADO ABAIXO, POIS IRÁ LHE
AJUDAR A TIRAR UMA CONCLUSÃO PARA SUA RESPOSTA.
OUTRO ASSUNTO:
MAIS UMA TAREFA
OBSERVE O QUADRO PINTADO POR REMBRANDT
E ME DIGA QUE CENA FOI ESSA . PESQUISE E ESCREVA NO SEU CADERNO À RESPEITO. DE SUA VIDA E OBRAS , E EM QUE ÉPOCA ELE PINTOU ESSE QUADRO NA ÉPOCA DO BARROCO OU NA IDADE MODERNA?
HORA DE DESCONTRAIR UM POUQUINHO.
