06 - Material de Apoio - Óptica Geométrica princípios e fenômenos

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO PARÁ
CAMPUS PARAUAPEBAS
Professor: Sebastião Rodrigues Moura
DISCIPLINA: Física II
CURSO: Técnico em Mecânica Integrado ao Ensino Médio – P2082ID
Parauapebas - PA
08 de outubro de 2020
ÓPTICA GEOMÉTRICA: fenômenos e princípios
Objetivos de Aprendizagem
Ao final da aula, você deverá ser capaz de:
✓ Interpretar conceitos fundamentais que regem o estudo da óptica;
✓ Identificar os elementos associados à luz;
✓ Caracterizar e diferir os princípios ópticos;
✓ Fazer aplicações dos fenômenos ópticos em situações-
problemas.
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios2
Conteúdos Programáticos
✓ Óptica Geométrica: conceitos introdutórios
✓ Luz
Definição
Classificação e propriedades
Aplicações
✓ Fenômenos e princípios da Óptica Geométrica
Definições e classificação
Aplicações
✓ Síntese da aula
✓ Exercícios
3 Óptica Geométrica: fenômenos e princípios
Refletindo sobre a temática...
O que é a luz?
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios4 Fonte: HypeScience
Refletindo sobre a temática...
Como vemos?
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios5
Refletindo sobre a temática...
Por que em uma bela manhã podemos enxergar uma flor
na cor vermelha?
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios6 Fonte: Feepik / Lalo Ferres
Refletindo sobre a temática...
Como se formam imagens?
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios7 Fonte: Pexels
Óptica Geométrica
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios8
É a ciência 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.
Fonte: Freepik
Luz
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios9
É um agente físico que sensibiliza nossos órgãos visuais.
A luz é uma onda eletromagnética.
Fonte: Original Horst Frank, with some modifications by Jailbird. Tradución da versión
de Alebergen / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
Raios de luz
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios10
A óptica geométrica usa como ferramenta de estudo a geometria.
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.
Raio de luz
Feixes de luz
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios11
É um conjunto de raios de luz.
Feixe de luz
Feixes de luz
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios12
Os Feixes de luz ou pincéis luminosos podem ser classificados
em:
Divergente
Cilíndrico ou 
paralelo
Convergente
Fontes de luz
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios13
São corpos capazes de emitir luz, seja dela própria ou refletida.
Podem ser classificados 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.
Fontes de luz
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios14
Fonte de luz 
fluorescente
Imagens: (a) Wilfredo R. Rodriguez H. / GNU Free Documentation License, 
(b) Naklig at el.wikipedia e (c) Dickbauch / GNU Free Documentation License.
Fonte de luz 
fosforescente
Fonte de luz incandescente
Fontes de luz
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios15
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• 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.
Velocidade da luz (vácuo)
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios16
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
𝑉𝑚 =
Δ𝑆
Δ𝑡
3.105 =
Δ𝑆
365𝑑𝑖𝑎𝑠. 24ℎ. 60𝑚𝑖𝑛. 60𝑠
Δ𝑆 = 9,5.1013𝑘𝑚
1𝑎𝑛𝑜 − 𝑙𝑢𝑧 = 9,5.1013𝑘𝑚
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.
Fenômenos luminosos
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios17
FENÔMENOS ESTUDADOS PELA ÓPTICA GEOMÉTRICA
• Reflexão 
• Dispersão
• Refração
• Absorção
Reflexão regular
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios18
É o fenômeno no qual o feixe de luz atinge a superfície de
separação entre 2 meios e retorna ao meio onde já se encontrava
propagando.
Ocorre em superfícies lisas e polidas.
Reflexão difusa
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios19
Ocorre em superfícies rugosas ou não-polidas.
A quase totalidade dos objetos que enxergamos em nosso dia-a-
dia refletem a luz de forma difusa.
Dispersão
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios20
Isaac Newton
Newton foi além, repetindo a experiência com
todas as raias correspondentes às sete cores.
Mas a decomposição não se repetia: as cores
permaneciam simples. Inversamente, ele
concluiu que a luz branca é, na realidade,
composta de todas as cores do espectro. E
provou isso reunindo as raias coloridas de duas
maneiras diferentes: primeiro, mediante uma
lente, obtendo, em seu foco, a luz branca; e,
depois, por meio de um dispositivo mais simples,
que passou a ser conhecido como disco de
Newton. Trata-se de um disco dividido em sete
setores, cada um deles pintado com uma das
cores do espectro. Fazendo-o girar rapidamente,
as cores se superpõem sobre a retina do olho do
observador e este recebe a sensação do branco.
Fonte: (a) Sir Godfrey Kneller / National Portrait Gallery, London / Public Domain e 
(b) John Roland Hans Penner / GNU Fre Documentation License.
Decomposição da luz branca
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios21
Vermelho
Alaranjado
Amarelo
Verde
Azul
Anil
Violeta
Cores dos corpos
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios22
Só podemos enxergar o que 
chega até nossos olhos.
Quando observamos um dado
objeto de uma cor (exemplo:
verde) iluminado com luz
branca, a cor que vemos é a
cor refletida e as outras cores
(nesse caso: vermelho,
alaranjado, amarelo, azul, anil
e violeta) foram absorvidas
pelo objeto.
Cores dos corpos (exemplo)
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios23
Luz branca
Luz amarela
Luz verde
Luz azul
Refração
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios24
É o fenômeno no qual um feixe de luz se propagando em um meio 
atinge uma superfície de separação e passa a se propagar em outro 
meio. 
Também pode se dar de forma regular ou difusa.
Absorção
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios25
Neste fenômeno parte da energia do feixe de luz é absorvida pela 
superfície de separação entre 2 meios.
Princípios da Óptica Geométrica
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios26
a) Princípio da Propagação Retilínea da Luz: nos meios
homogêneos, isotrópicos e transparentes, a luz se propaga em linha
reta.
Princípios da Óptica Geométrica
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios27
b) Princípio da Reversibilidade dos Raios Luminosos: a forma da
trajetória de um raio de luz não depende do sentido de suapropagação.
Princípios da Óptica Geométrica
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios28
c) Princípio da Independência dos Raios Luminosos: quando dois
ou mais feixes luminosos se interceptam em sua trajetória eles não
modificam suas características após a interferência.
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios29
Consequências dos Princípios da 
Óptica Geométrica
Sombra e Penumbra
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios30
Fases da Lua
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios31
Eclipses
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios32
Ocorre na fase de Lua Nova
Eclipses
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios33
Ocorre na fase de Lua Cheia
Eclipses
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios34
Eclipse solar anular ou anelar: é quando a Lua está a uma distância maior
da Terra e o seu tamanho aparente não é o suficiente para recobrir toda a
projeção solar. Por essa razão, forma-se um anel em torno da sombra da
Lua.
Câmara escura de orifício
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios35
𝑀
𝑁
𝑁′
𝑀′
𝑜
P P’
MN = o => tamanho do objeto
M’N’ = i => tamanho da imagem
P => distância do objeto ao orifício
P’ => distância da imagem ao orifício
Altura de objetos
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios36
Síntese da aula
37
- A Óptica Geométrica estuda o comportamento da luz nos diversos
meios materiais, sem considerar sua natureza;
- A luz é uma onda eletromagnética, cujo comprimento de onda se
inclui num determinado intervalo dentro do qual o olho humano é
a ela sensível;
- Um raio de luz é uma linha orientada que representa,
graficamente, a direção e o sentido de propagação da luz. Um
conjunto de raios de luz constitui um feixe de luz;
- Os feixes de luz podem ser paralelos, convergentes e
divergentes;
- Os meios ópticos podem ser transparentes, translúcidos e
opacos.
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios
Síntese da aula
38
- Dentre os fenômenos luminosos temos reflexão, refração,
dispersão e absorção;
- Os princípios da Óptica Geométrica estão relacionados a
propagação retilínea, reversibilidade e a interdependência dos
raios luminosos.
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios
Exercícios
39
Admita que o sol subitamente "morresse", ou seja, sua luz deixasse
de ser emitida. 24 horas após este evento, um eventual sobrevivente,
olhando para o céu, sem nuvens, veria:
a) a Lua e estrelas.
b) somente a Lua.
c) somente estrelas.
d) uma completa escuridão.
e) somente os planetas do sistema solar.
Solução:
Caso o sol “morresse” seria possível vermos apenas um corpo que 
tenha luz própria.
Dos itens acima, apenas as estrelas poderiam ser vistas.
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios
Exercícios
40
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.
Solução:
As fontes primárias de luz são aqueles que produzem luz própria. 
Algumas fontes, como fósforos e lâmpadas, são fontes primárias 
desde que estejam acesas.
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios
Exercícios
41
Julgue as proposições a seguir:
I – As cores dos objetos são determinadas pela frequência da luz;
II – Quando um objeto é iluminado pela luz branca, parte dessa luz é
absorvida e outra parte é refletida;
III – Um objeto que apresenta cor preta absorve toda a luz que recebe;
IV – Um material de cor branca não reflete nenhuma frequência de luz.
Solução:
A única afirmação incorreta é a IV, pois um material de cor branca 
reflete todas as frequências de luz. Sendo assim, a sequência correta 
é: V, V, V, F 
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios
Exercícios
42
Uma pessoa, desejando descobrir a altura de um edifício, mede o
comprimento da sombra do prédio, projetada na calçada,
encontrando o valor de 8 m. No mesmo instante, o comprimento da
sombra dessa pessoa, também projetada na calçada, mede 1 m.
Sabendo que a pessoa mede 1,70 m, determine a altura do prédio.
Solução:
𝑯
𝒉
=
𝑫
𝒅
𝑯
𝟏, 𝟕𝟎
=
𝟖
𝟏
𝑯 = 𝟏𝟑, 𝟔 𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒔
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios
Exercícios
43
O olho humano comporta-se de forma semelhante a uma câmara
escura de orifício. Vemos que a imagem formada no fundo do olho se
apresenta invertida, de cabeça para baixo.
Sabe-se que o olho humano apresenta aproximadamente 20 mm de
profundidade e o objeto tem 8 m de altura colocado em uma posição
a 32 m de distância do orifício do olho. Nessa situação, qual a altura
da imagem formada no fundo do olho?
Solução: 𝒊
𝒐
=
𝒑´
𝒑
𝒊
𝟖
=
𝟐𝟎. 𝟏𝟎−𝟑
𝟑𝟐
Óptica Geométrica: fenômenos e princípios
𝟑𝟐𝒊 = 𝟏𝟔𝟎. 𝟏𝟎−𝟑
𝒊 = 𝟓. 𝟏𝟎−𝟑
𝒊 = 𝟓𝒎𝒎