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EEM PADRE RODOLFO FERREIRA DA CUNHA Física- Óptica Geométrica/Prof. Arnaldo Alves O que é a óptica geométrica A óptica geométrica é um dos ramos da Física. Em específico, ela é um sub-ramo da óptica. Dessa maneira, por definição, a óptica geométrica considera que a luz se propaga por meio de raios de luz. Esse modelo confere um comportamento geométrico à luz. Óptica A óptica é o ramo da Física responsável pelo estudo da luz e dos fenômenos relacionados a ela. Entre eles, estão a propagação retilínea dos raios de luz, a polarização, a interferência etc. Ilusão de ótica Você já viu uma imagem e se perguntou o que realmente estava vendo? Provavelmente era uma ilusão de ótica. Esse tipo de figura é capaz de enganar os sentidos humanos. Óptica física Quando se considera a natureza ondulatória da luz; Fibra óptica A fibra óptica permite a transmissão de informação sem que haja muita perda de sinal ou interferências. Ela funciona com base no fenômeno físico da reflexão total da luz. Além disso, a luz possui um comportamento dual. Ou seja, ela pode ser onda e partícula, dependendo do meio de detecção. Por isso, também há a óptica física. A qual considera a natureza ondulatória da luz e suas origens. Portanto, de maneira geral, é possível definir a óptica geométrica como: o ramo da óptica que se baseia na noção de raio de luz para descrever os fenômenos como reflexão, refração e formação de imagens a partir dos conceitos de geometria. Além disso, esse ramo da Física não se preocupa com a natureza da luz. Definições importantes da Óptica Geométrica Como o foco deste texto é apenas a Óptica Geométrica, antes de conhecermos seus princípios, vejamos algumas definições importantes: Os raios de luz são segmentos de reta que representam a direção e o sentido de propagação da luz. Eles podem ser emitidos por dois tipos de fonte: Fontes primárias: que emitem luz própria, como o sol, a chama de uma vela ou uma lâmpada; Fontes secundárias: que refletem a luz que recebem de uma fonte primária, como a lua que reflete a luz que recebe do sol, ou um livro, que só pode ser visto se refletir a luz que recebe de uma lâmpada. As fontes luminosas também podem ser classificadas em relação à sua dimensão: Fontes extensas: quando possuem dimensões consideráveis se comparadas às dimensões do objeto a ser iluminado. Por exemplo: uma lâmpada acesa perto de um livro; Fontes pontuais: se as dimensões da fonte de luz forem consideradas desprezíveis em relação ao objeto a ser iluminado. Formas de propagação da luz A luz se propaga na forma de três tipos de feixes de luminosos que são formados por vários raios de luz ou pincéis de luz. Estes são algo como linhas de luz, a forma mais básica de propagação. Os três tipos de feixe de luz são: Feixe paralelo: os raios de luz são paralelos uns com outros, sem ângulos de abertura para separá-los no decorrer da propagação no meio. Essa forma é muito utilizada em holofotes ou lanternas para mergulho. Feixe divergente: há um ângulo de abertura entre os raios de luz que faz com eles se separem à medida que se propagam no meio. Exemplos desse feixe são as lâmpadas domésticas ou lanternas comuns. Feixe convergente: ocorre quando raios de luz se aproximam no decorrer da propagação. Para esse efeito, é necessário algum tipo de lente. Projetar a luz do Sol em uma lupa para causar a combustão em pequenos pontos é um exemplo disso. Princípios da Óptica Geométrica A Óptica Geométrica possui três princípios (leis) que demonstram como ocorre a propagação da luz em um meio. Primeira lei — Propagação retilínea da luz: seu enunciado diz que “em um meio homogêneo, a luz sempre percorre uma linha reta”. Portanto, a menos que a luz troque de meio (do ar para a água, por exemplo) ou se aproxime de algo que distorça grandemente o meio, como um buraco negro ou um corpo muito massivo, ela não faz curvas, se mantendo sempre retilínea. Segunda lei — Independência dos feixes de luz: seu enunciado diz que “quando se cruzam, dois ou mais raios de luz não se interferem”. Quando dois feixes luminosos se cruzam, não acontece interferência destrutiva. O que ocorre, no máximo, é uma superposição de ondas. Quando dois feixes incidem no mesmo lugar, ele só ficará mais iluminado. Terceira lei — Reversibilidade do trajeto da luz: seu enunciado diz que “a trajetória de um raio de luz não muda quando seu sentido é invertido”. Isso significa que o caminho que a luz percorre para ir do ponto A até o ponto B é exatamente o mesmo que ela faz para ir de B até A. Tipos de meios ou superfícies na Óptica Geométrica Para a Óptica Geométrica, as superfícies onde a luz é incidida são classificadas de três formas. A classificação varia de acordo com a forma como elas possibilitam que a luz as transpassem. Superfícies transparentes: são aquelas que permitem que os raios de luz passem totalmente. Para uma superfície ser considerada transparente, a imagem vista através dela e sem ela deve ser exatamente a mesma, sem deformação alguma. Alguns exemplos são o ar, o vácuo (meio com ausência até mesmo de gases) e certos tipos de vidro. Superfícies translúcidas: caracterizadas por permitir parcialmente a passagem dos raios de luz. Exemplos delas são os óculos de Sol, vidros coloridos e sacolas de plástico. Superfícies opacas: são as superfícies que não permitem a passagem dos raios de luz. Exemplos desse tipo de meio são tijolos, madeira, PVC e cerâmicas. Fenômenos da Óptica Geométrica Quando a luz é projetada sobre uma superfície, é possível observar alguns tipos de fenômenos. Os principais deles são reflexão, refração e absorção. Reflexão Na reflexão, a luz incide em uma superfície e retorna ao mesmo meio. Quando o ângulo formado pelo raio incidente é igual ao do raio refletido, ocorre a reflexão regular. É o que ocorre quando alguém se posiciona em frente a um espelho, ou seja, a imagem é igual ao objeto. Se os ângulos forem diferentes, ocorre a reflexão difusa ou irregular. Isso implica que a imagem terá deformações em comparação com o objeto. Exemplos disso são o reflexo do papel alumínio ou do vidro das janelas de automóveis. Refração A refração ocorre quando a luz passa de um meio para outro — do ar para a água ou do ar para o vidro, no caso dos óculos, por exemplo. Quando a luz passa, ela sofre um desvio em sua trajetória. O ângulo do desvio depende do tipo de meio onde estava e do tipo do meio para o qual atravessou. Esse é o fenômeno observado em óculos de correção visual, em retroprojetores e em recipientes com água que contenham um objeto dentro. Absorção: Na absorção, a luz não atravessa nem é refletida — ela é absorvida pela superfície e convertida em energia, no caso do tipo térmica. Devido a isso, em dias claros e com temperatura elevada, não é adequado sair com roupas escuras e opacas, porque elas absorvem a luz do Sol e elevam a sensação térmica. Quando se percebe a cor de um objeto, é devido à ocorrência da absorção e reflexão. A luz branca é incidida no objeto, quase todos os espectros são absorvidos e um é refletido. O espectro refletido é aquele da cor que é percebida. Quando a luz branca incide em uma superfície branca, ela é totalmente refletida. Quando a superfície é preta, a luz é absorvida.