Aula2-Optica

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1º SEMESTRE/2013
Profª Drª Leila Ribeiro
CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
Óptica
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Conceitos Introdutórios à Óptica
A óptica é um ramo da física que estuda a luz ou, mais amplamente, a radiação eletromagnética, visível ou não.
A óptica explica os fenômenos de reflexão, refração e difração, a interação entre a luz e o meio, entre outras coisas.
Óptico - se refere à visão
Ótico - se refere à audição 
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As ondas eletromagnéticas são uma combinação de um campo elétrico e de um campo magnético que se propagam simultaneamente através do espaço transportando energia. 
c = velocidade da luz no vácuo 3.108 m/s
Radiação Eletromagnética
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Energia radiante (ou eletromagnética) possui caráter ondulatório.
c = l . 
Velocidade de propagação da luz
Comprimento de onda.
Frequência de radiação
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A radiação eletromagnética é classificada de acordo com a frequência da onda, que em ordem crescente são:
ondas de rádios, micro-ondas, radiação infravermelha, luz visível, radiação ultravioleta, Raios-X e Radiação Gama.
Espectro Eletromagnético
A luz detectada pelo olho humano, corresponde à faixa entre 400 nm a 700 nm
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A cor de um corpo
Isaac Newton mostrou que a luz branca é na realidade a composição de todas as cores, fazendo um feixe de luz atravessar um prisma, ou seja, a luz branca é policromática, a união de todas as cores.
A cor exibida por um corpo é determinada pela luz que ele reflete difusamente.
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Absorção da luz
Se iluminarmos uma rosa e a vemos vermelha é devido a absorção das outras cores, e a emissão da cor vermelha
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Classificação óptica dos objetos
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Reflexão da luz
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Leis da Reflexão
A reflexão luminosa é regida por 2 leis:
1ª Lei: O raio incidente, o raio refletido e a reta normal são coplanares, isto é, pertencem a um mesmo plano.
2ª Lei : O ângulo de incidência ( i ) é igual ao ângulo de reflexão ( r );
i = r
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Ao colocar um objeto, de tamanho o, de frente para o orifício, a uma distância p, nota-se que uma imagem refletida, de tamanho i, aparece na face oposta da caixa, a uma distância p', mas de forma invertida.
Desta forma, a partir de uma semelhança geométrica pode-se expressar a seguinte equação:
Princípio de propagação retilínea
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ESPELHOS PLANOS
É toda superfície polida que possui grande poder de reflexão, e que reflete regularmente a luz.
A imagem no espelho plano, está no cruzamento dos prolongamentos dos raios refletidos – imagem virtual.
A imagem de onde realmente vieram os raios luminosos é chamado de imagem real.
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Objeto antes do centro de curvatura C
Imagem formada pelo cruzamento dos raios refletidos é menor, real e invertida
ESPELHOS ESFÉRICOS
ESPELHO CÔNCAVO
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Objeto sobre o centro de curvatura C
Imagem formada pelo cruzamento dos raios refletidos é igual, real e invertida 
ESPELHOS ESFÉRICOS
ESPELHO CÔNCAVO
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Objeto entre o centro de curvatura C e o foco F
Imagem formada pelo cruzamento dos raios refletidos é maior, real e invertida
ESPELHOS ESFÉRICOS
ESPELHO CÔNCAVO
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Objeto sobre o Foco F
Não forma imagem. Os raios refletidos não se cruzam
ESPELHOS ESFÉRICOS
ESPELHO CÔNCAVO
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Objeto entre o Foco F e o Vértice V
A imagem é formada pelos cruzamentos dos prolongamentos dos raios refletidos, que será maior, direita e virtual 
ESPELHOS ESFÉRICOS
ESPELHO CÔNCAVO
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A imagem é formada pelos cruzamentos dos prolongamentos dos raios refletidos, que será menor, direita e virtual (sempre)
ESPELHOS ESFÉRICOS
ESPELHO CONVEXO
Forma apenas um tipo de imagem, independente da posição do objeto.
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Refração da luz
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O índice de refração é determinado pela divisão da velocidade de propagação da luz* (c), pela velocidade da luz no meio (v), conforme a equação abaixo.
Quanto maior a redução da velocidade de propagação da luz, ao entrar no meio, maior será seu índice de refração.
O índice de refração  pode ser usado para caracterizar qualquer sistema óptico, tais como, lentes, instrumentos ópticos e o olho. 
Índice de Refração
*c = velocidade da luz no vácuo 3.108 m/s
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Se a velocidade de propagação da luz no vidro passa para 200.000 km/s, temos que o índice de refração do vidro () é:
 
Observe que o índice de refração é uma grandeza física adimensional.
Exemplo
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A luz  é uma onda eletromagnética sendo portanto uma onda transversal na qual os campos elétricos e magnéticos ocorrem  em planos perpendiculares à direção de propagação da onda e perpendiculares entre si.
Quando os campos se mantém sempre na mesma direção, dizendo que a onda é linearmente polarizada.
Polarização da Luz
a luz que passa por um polarizador está linearmente polarizada
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Convergentes ou Positivas
São lentes que convergem os raios para o ponto F.
Tipos de lentes
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Tipos de lentes
Divergentes ou Negativas
São lentes que divergem os raios luminosos.
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Anatomia do Olho Humano
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Anatomia do Olho
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Principais elementos do Olho Humano
Córnea:
Camada curva, clara e transparente, responsável
por 2/3 da focalização da luz na retina.
Índice de refração da córnea: 1,37
Índice de refração do ar: 1,0
Humor Aquoso:
Líquido claro praticamente transparente, incolor está atrás da córnea.Mantém a pressão do olho em 15 mmHg.
Íris
É um diafragma composto; músculos circulares e radiais, que ao se contraírem ou distenderem diminui ou aumenta a abertura da pupila. Pode ser de cor azul, verde, cinza ou castanho.
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Cristalino
Lente convergente, focaliza 1/3 restante da luz na retina. Sua forma varia para convergir raios luminosos na retina – acomodação.
Quando o cristalino contrai focaliza objetos próximos
Quando o cristalino distende focaliza objetos distantes
Músculo Ciliar
O músculo ciliar é responsável pela sustentação do cristalino relaxando ou contraindo os músculos para focalizar objetos - (acomodação). 
Pupila
A pupila também é chamada popularmente
de "menina do olho“, regula a entrada de luz
no olho.
- contraindo em ambientes iluminados
- e dilatando no escuro.
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Humor Vítreo
Claro e gelatinoso que preenche todo espaço
entre o cristalino e a retina.
Índice de refração próximo ao cristalino mantém
os raios luminosos no curso estabelecido pela lente.
Retina
Parte do olho sensível a luz, tem cor rosa, mede 0,5 mm de espessura. Cobre quase toda parte interna do olho
Converte da imagem luminosa em impulsos elétricos nervosos.
Nervo Óptico
É formado a partir da retina e conduz o estímulo visual ao cérebro para serem interpretados.
 
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Fotorreceptores
Bastonetes
Os bastonetes são encontrados em toda a retina periférica, sendo receptores muito sensíveis à luz. Em situações de pouca luminosidade, a visão passa a depender exclusivamente dos bastonetes.
É a chamada visão noturna.
Cones
Os cones se localiza na retina e 
em maior concentração na fóvea
 e são responsáveis pela visão
 detalhada, precisa e colorida. 
São sensíveis as cores primárias; 
verde, vermelho e azul. 
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Defeitos da Visão - Miopia
Defeito: Achatamento do globo ocular.
O olho é mais alongado que o normal. 
A imagem se forma antes da Retina
A correção é feita através de lentes divergentes.
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Defeito: encurtamento do globo ocular.
 Dificuldade de enxergar objetos mais próximos.
  
Defeitos da Visão - Hipermetropia
É corrigida com o uso de lentes convergentes
A imagem se forma depois da retina
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O astigmatismo é decorrente de uma irregularidade na forma esférica da córnea o que dificulta a formação de imagens na retina.
Defeitos da Visão - Astigmatismo
A córnea apresenta uma curvatura maior em um dos meridianos, distorcendo a imagem e tornando a visão nublada  a qualquer distância. 
 A correção é feita com o uso de lentes
cilíndricas
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Apresenta como defeito o endurecimento do cristalino.
Perda progressiva da capacidade dos olhos focalizarem imagens de perto que ocorre em função da idade (geralmente após 40 anos).
É conhecida vulgarmente como "vista cansada".
A correção é feita com o uso de lentes convergentes.
Defeitos da Visão - Presbiopia
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O estrabismo ou vesguice, como é conhecido popularmente, é a condição onde um ou ambos olhos são desviados do eixo central.
 É provocado pelo enfraquecimento de um dos músculos oculares, e por algumas doenças graves.
Defeitos da Visão - Estrabismo
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O Daltonismo também chamado de discromatopsia ou discromopsia é uma perturbação da visão colorida, determinada geneticamente, mas pode também resultar de lesão nos órgãos responsáveis pela visão, ou de lesão de origem neurológica caracterizada pela falta de reconhecimento de uma ou várias cores. 
Defeitos da Visão - Daltonismo
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Ilusão de Óptica
 
Ilusão de óptica são imagens que enganam momentaneamente o cérebro deixando o inconsciente confuso e fazendo com que este capte idéias falsas, preenchendo espaços que não ficam claros à primeira vista.
Podem ser fisiológicas quando surgem naturalmente ou cognitivas quando se cria com artifícios visuais.
Exemplos:
 
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Bibliografia
Emiko Okuno, Iberê L. Caldas e Cecil Chow; Física para Ciências Biológicas e Biomédicas; Editora Harbra LTDA.
Eduardo A. C. Garcia; Biofísica; Editora Savier
José Enrique Rodas Durán; Biofísica – Fundamentos e Aplicações; Editora Prentice Hall
www.sofisica.com.br/
www.lasallecaxias.com.br
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