Óptica Geométrica: Estudo da Luz

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FÍSICA 
ÓPTICA GEOMÉTRICA
 Óptica Geométrica
Óptica é a parte da Física que estuda a luz e os fenômenos luminosos. Seu desenvolvimento se deu com a publicação da Teoria Corpuscular da Luz, por Isaac Newton, teoria que admitia que a luz era formada por um feixe de partículas.
Define-se luz como o agente físico que sensibiliza nossos órgãos visuais. A luz é uma onda eletromagnética.
Século XVII: teoria corpuscular - a luz é uma partícula que transporta energia (Isaac Newton)
Século XVII: teoria ondulatória - a luz é uma onda (Christian Huyghens)
Século XX: dualidade onda – partícula (Albert Einstein, Louis De Broglie)
 Óptica Geométrica
Raios de luz são linhas que representam a direção e o sentido de propagação da luz. A ideia de raios de luz é puramente teórica e tem como objetivo facilitar o estudo.
Óptica Geométrica estuda os fenômenos luminosos baseados em leis empíricas (experimentais). São explicados sem que haja necessidade de se conhecer a natureza física da luz. A óptica geométrica usa como ferramenta de estudo a geometria (2).
Raio de luz
Feixe de luz
 Óptica Geométrica
Os Feixes Luminosos ou os Pincéis Luminosos podem ser classificados em: 
Divergente
Cilíndrico
Convergente
 Óptica Geométrica
Fontes de luz  são corpos capazes de emitir luz, seja dela própria ou refletida e podem ser classificadas em: 
• Fontes de luz primária (luminosas) são fontes que emitem luz própria. 
 Incandescentes: quando emitem luz a altas temperaturas. 
Ex.: O Sol, a chama de uma vela e as lâmpadas de filamento. 
Luminescentes: quando emitem luz a baixas temperaturas. As fontes de luz primária luminescentes podem ser fluorescentes ou fosforescentes. 
Fluorescentes: emitem luz apenas enquanto durar a ação do agente excitador. 
Ex.: Lâmpadas fluorescentes. 
Fosforescentes: emitem luz por um certo tempo, mesmo após ter cessado a ação do excitador. Nessas fontes de luz, a energia radiante é proveniente de uma energia potencial química. 
Ex.: Interruptores de lâmpadas e ponteiros luminosos de relógios (3). 
 Óptica Geométrica
Fonte de luz fluorescente
Fonte de luz fosforescente
Fonte de luz incandescente
 Óptica Geométrica
• Fontes Secundárias são as fontes que emitem apenas a luz recebida de outros corpos. 
Ex.: Lua, cadeiras, roupas etc. 
Corpos opacos são aqueles que impedem a passagem da luz.
 
Corpos transparentes são aqueles que se deixam atravessar totalmente pela luz.
 
Corpos translúcidos são aqueles que se deixam atravessar parcialmente pela luz (4).
 Óptica Geométrica
 c = 3 . 105 km/s = 3 . 108 m/s
Ano-Luz - Unidade de distância utilizada na Astronomia. Um ano-luz é a distância percorrida pela luz no vácuo, em um ano terrestre (365 dias). 
d
 Óptica Geométrica
Princípios da Óptica Geométrica
1º Princípio – Propagação retilínea da luz.
A luz se propaga de forma retilínea. Exemplo: Câmara escura.
O
I
 dO
di
 Óptica Geométrica
Matematicamente
b
h
imagem
objeto
p
p’
 Óptica Geométrica
Outro exemplo são as sombras
 Óptica Geométrica
Sombra e Penumbra
 Óptica Geométrica
2ºPrincípio – Independência de Raios Luminosos
A luz é uma onda e só transporta energia. Portanto, quando dois raios se cruzam acontece a interferência apenas no cruzamento depois disso os raios continuam seus caminhos de forma independente.
 Óptica Geométrica
3º Princípio – Reversibilidade dos Raios Luminosos
O caminho de “ida” da luz, pode ser o caminho de “volta”.
 Óptica Geométrica
Sistemas Ópticos
Classificação de pontos objetos e pontos imagens
 Óptica Geométrica
 Óptica Geométrica
 Óptica Geométrica
Associação de Sistemas Ópticos
P1
P2
P3
S1
S2
P1(S1) - POR
P2(S1) - PIV
P2(S2) - POR
P3(S2) - PI
 Reflexão da Luz
Espelhos Planos
Nos espelhos planos as imagens se formam por reflexão regular. Vamos estudar agora como as imagens se formam e algumas de suas propriedades.
 Reflexão da Luz
Vamos adotar a seguinte nomenclatura: 
	I  Raio incidente no espelho; 
 N  Reta normal à superfície do espelho no ponto onde o raio de luz o atinge; 
 R  Raio refletido associado ao raio incidente.
 Reflexão da Luz
Leis da Reflexão Regular:
1ª Lei da reflexão – O raio incidente, a normal e o raio refletido são coplanares.
 Reflexão da Luz
2ª Lei da reflexão – O ângulo formado entre o raio incidente e a normal (i) é igual ao ângulo formado entre o raio refletido e a normal (r).
 Reflexão da Luz
CONSTRUÇÃO DAS IMAGENS
Para que um observador consiga ver a imagem refletida pelo espelho é preciso que raios provenientes do objeto sejam refletidos pelo espelho e alcancem seu olho. 
 Reflexão da Luz
CONSTRUÇÃO DAS IMAGENS
 Reflexão da Luz
 Reflexão da Luz
Nos espelhos planos as imagens se formam por reflexão regular. Vamos estudar agora como as imagens se formam e algumas de suas propriedades.
 Refração da Luz
Refração da Luz
Passagem da luz de um meio a outro, envolvendo mudança na velocidade
de propagação.
31
 Refração da Luz
Velocidade da Luz no vácuo
No vácuo: 3 • 108 m/s.
Em outro meio: depende da densidade deste.
 Refração da Luz
Índice de Refração absoluto
É a razão entre a velocidade da luz no vácuo c e a velocidade da luz no meio considerado v:
 Refração da Luz
Índice de Refração absoluto de alguns materiais
 Refração da Luz
Leis da Refração
(Snell-Descartes): a razão entre o seno do ângulo de incidência ( i ) e o seno do ângulo de refração ( r ) depende apenas dos meios nos quais a luz se propaga.
 Refração da Luz
Consequências da Lei Sneel – Descartes
(Diminuição
de velocidade)
Meio 1
Meio 2
Direção original
 Refração da Luz
Consequências da Lei Sneel – Descartes
(Aumento de velocidade)
Meio 1
Meio 2
Direção original
 Refração da Luz
Consequências da Lei Sneel – Descartes
Meio 1
Meio 2
 Reflexão da Luz
TAMANHO DE ESPELHOS
t
S
V
m
D
D
=
km
S
S
13
5
10
.
5
,
9
60
.
60
.
24
.
365
10
.
3
=
D
D
=
km
luz
ano
13
10
.
5
,
9
1
=
-
p
p
o
i
'
=