Ótica - Conceitos iniciais

Prévia do material em texto

Página 1 
 
com Prof. Vasco 
 
 
 
 
Óptica Geométrica 
 
Introdução 
 
Introdução 
 
A maioria das informações que recebemos do mundo que nos rodeia é 
recebida por meio da visão, que é caracterizada pela interação da luz com a 
retina de nossos olhos. Vemos, graças à sensibilidade que nossos olhos 
apresentam em relação à luz que provém dos objetos. 
 
 
Luz 
 
A luz é uma forma de energia que se propaga nos meios materiais e 
também no vácuo. A luz emitida pelo Sol – estrela mais próxima da Terra – chega 
a nós em 8 minutos e 20 segundos, percorrendo 150 milhões de quilômetros a 
uma velocidade de 300 mil quilômetros por segundo. 
A grandeza 1 ano-luz, muito usada em Astronomia, corresponde à 
distância percorrida pela luz em um ano, no vácuo. Para transformarmos 1 ano-
luz em quilômetros, devemos multiplicar a velocidade da luz no vácuo, 300 000 
km/s, pelo intervalo de tempo de 1 ano que, em segundos, corresponde a, 
aproximadamente, 3,15 · 107 s. 
Assim, temos: 1 ano-luz = 3,0 · 105 km/s · 3,15 · 107 s 
 
1 ano-luz = 9,5· 1012 km 
 
 
A luz emitida pelo Sol é branca, uma luz policromática (várias cores) que 
pode ser decomposta em luzes monocromáticas (uma só cor). As luzes 
monocromáticas principais que compõem a luz branca são em número de sete, a 
saber: vermelha, alaranjada, amarela, verde, azul, anil e violeta. Para observarmos 
a decomposição da luz branca em suas cores componentes principais, basta 
fazermos a luz solar incidir sobre um prisma ou sobre gotículas de água (arco-íris). 
 
 
 
Cada cor componente da luz branca possui uma energia diferente, e a 
energia aumenta da cor vermelha para a violeta, mas todas as cores propagam-se 
no vácuo com a mesma velocidade: 300 000 km/s. 
 
 
Página 2 
 
com Prof. Vasco 
 
Raio de Luz 
 
São linhas orientadas que representam, graficamente, a direção e o sentido 
de propagação da luz. 
 
 
 
Fonte de Luz 
 
1. Fontes Primárias: emitem luz própria. 
 
2. Fontes Secundárias: refletem luz de uma fonte primária. 
 
 
Feixe de Luz 
 
Conjunto de raios de luz. 
 
 
 
 
Meio de Propagação 
 
Cores dos Corpos 
 
Os objetos que não possuem luz própria – objetos iluminados – são vistos 
porque refletem difusamente a luz que neles incide. Quando iluminados por uma 
luz policromática, um objeto pode não refletir todos os componentes da luz 
incidente, absorvendo alguns deles. Assim, podemos afirmar que as cores com 
que vemos os objetos correspondem às cores da luz refletida por eles. 
 
 
 
 
Página 3 
 
com Prof. Vasco 
 
 
 
Um corpo é branco quando reflete todas as cores componentes da luz 
branca, e um corpo é negro quando absorve todas as cores que nele incidem. 
 
Vivemos num mundo de cores. No entanto, devemos lembrar que os 
objetos coloridos que vemos ao nosso redor somente possuem essa cor porque 
são iluminados com luz branca: luz do Sol ou de uma lâmpada. Mas, como 
veríamos, por exemplo, a bandeira brasileira se ela fosse iluminada por uma fonte 
luminosa que emitisse somente luz monocromática verde? 
Sabemos que as cores da bandeira brasileira são verde, amarela, azul e 
branca. Isto somente acontece quando a bandeira é iluminada com luz branca. Se 
a iluminação for com luz verde, teremos: 
– a parte verde será vista verde; 
– as partes amarela e azul serão vistas negras (um objeto amarelo ou azul 
absorve totalmente a luz verde); 
– a parte branca será vista verde (a luz verde é uma das componentes da 
luz branca). 
Portanto, a nossa percepção de cores depende da fonte de luz, da luz que é 
refletida difusamente e da sensibilidade de nossos olhos em relação à luz 
refletida. 
 
Vejamos um exemplo. Consideremos que um objeto iluminado com luz 
branca absorva todos os seus componentes, com exceção da vermelha. Portanto, 
esse objeto reflete, difusamente, somente a luz vermelha e, então, para nós, esse 
objeto é vermelho. Se ele refletisse somente a luz azul, nós o enxergaríamos azul. 
Por outro lado, se ele refletisse as cores verde e vermelha, absorvendo as demais, 
nós o enxergaríamos amarelo (soma do verde com o vermelho). 
 
 
 
 
Página 4 
 
com Prof. Vasco 
 
Fontes de Luz 
 
Tudo o que pode ser detectado por nossos olhos, e por outros 
instrumentos de fixação de imagens como câmeras fotográficas, é a luz de corpos 
luminosos que é refletida de forma difusa pelos corpos que nos cercam. 
Fonte de luz são todos os corpos dos quais se podem receber luz, podendo 
ser fontes primárias ou secundárias. 
 
 Fontes primárias: Também chamadas de corpos luminosos, são corpos que 
emitem luz própria, como por exemplo, o Sol, as estrelas, a chama de uma 
vela, uma lâmpada acesa,... 
 
 
 
 Fontes secundárias: Também chamadas de corpos iluminados, são os corpos 
que enviam a luz que recebem de outras fontes, como por exemplo, a Lua, 
os planetas, as nuvens, os objetos visíveis que não têm luz própria,... 
 
 
 
 
Meios de Propagação da Luz 
 
Os diferentes meios materiais comportam-se de forma diferente ao serem 
atravessados pelos raios de luz, por isso são classificados em: 
 
 
Meio Transparente 
 
 
 
É um meio óptico que permite a propagação regular da luz, ou seja, o 
observador vê um objeto com nitidez através do meio. 
Exemplos: ar, vidro comum, papel celofane, etc... 
 
 
Página 5 
 
com Prof. Vasco 
 
Meio Translúcido 
 
 
 
É um meio óptico que permite apenas uma propagação irregular da luz, ou 
seja, o observador vê o objeto através do meio, mas sem nitidez. 
 
 
Meio Opaco 
 
 
 
É um meio óptico que não permite que a luz se propague, ou seja, não é 
possível ver um objeto através do meio. 
 
 
 
CONCLUINDO: 
 
1. transparentes permitem a passagem da luz de maneira regular (um 
aquário ou um vidro de ampulheta). 
 
2. translúcidos permitem a passagem da luz mas não de maneira regular, 
tornando difusa a visualização das imagens (o vidro fosco e o papel de seda). 
 
3. opacos não permitem a passagem da luz (uma parede de tijolos). 
 
 
 
Página 6 
 
com Prof. Vasco 
 
Princípios da Óptica Geométrica 
 
1- Propagação Retilínea da Luz 
 
 
Num meio transparente, homogêneo e isótropo, a luz se propaga em linha reta. 
 
 
 
 
 
2- Princípio da Independência dos raios 
 
 
O encontro de dois ou mais raios em nada altera a propagação dos demais. (Independência) 
 
 
 
 
 
3- Princípio da Reversibilidade 
 
 
O trajeto de um raio seguido pela luz independe do sentido de percurso. (Reversibilidade) 
 
 
 
 
 
 
Página 7 
 
com Prof. Vasco 
 
TREINANDO PARA O ENEM 
 
1. Durante um eclipse solar, um observador: 
 
a) no cone de sombra, vê um eclipse parcial. 
b) na região de penumbra, vê um eclipse total. 
c) na região plenamente iluminada, vê a Lua eclipsada. 
d) na região da sombra própria da Terra, vê somente a Lua. 
e) na região plenamente iluminada, não vê o eclipse solar. 
 
2. Uma fonte de luz emitida no meio 2 é vista por um observador no meio l 
(figura I). Invertendo-se as posições do observador e da fonte, o raio percorre o 
mesmo trajeto, porém em sentido contrário (figura II). 
 
 
 
Isto ocorre devido ao princípio da: 
a) dispersão. b) reflexão. 
c) reversibilidade da luz. d) difração. 
e) independência dos raios luminosos. 
 
3. O fato da luz proveniente do Sol nos atingir prova que ela: 
a) se propaga em linha reta. 
b) necessita de um corpo material para se propagar. 
c) se propaga no vácuo. 
d) se propaga em grande velocidade. 
e) tem caráter ondulatório. 
 
4. Duas fontes de luz emitem feixes que se interceptam. Após o cruzamentodos 
feixes: 
a) há reflexão do feixe menos intenso. 
b) há reflexão do feixe mais intenso. 
c) há refração do feixe mais intenso. 
d) há refração do feixe menos intenso.. 
e) os feixes continuam sua propagação como se nada tivesse acontecido. 
 
5. Um observador A, visando um espelho, vê um segundo observador B. Se B visar 
o mesmo espelho, ele verá o observador A. Esse fato se explica pelo: 
a) princípio da propagação retilínea da luz. 
b) princípio da independência dos raios de luz. 
c) princípio da reversibilidade dos raios de luz. 
d) absorção da luz na superfície do espelho. 
e) nenhuma das respostas é correta. 
 
 
Página 8 
 
com Prof. Vasco 
 
6. A formação da sombra evidencia que: 
a) a luz se propaga em linha reta. 
b) a velocidade da luz não depende do referencial. 
c) a luz sofre refração. 
d) a luz é necessariamente fenômeno de natureza corpuscular. 
e) a temperatura do obstáculo influi na luz que o atravessa. 
 
7. Na manhã do dia 03 de novembro de 1994, uma grande sombra em forma de 
círculo, com 200km de diâmetro, cobriu uma parte da região sul do Brasil. Em 
torno desse círculo de sombra, formou-se um gigantesco anel de penumbra, 
estendendo-se até o norte do país. A formação dessas regiões de sombra e 
penumbra, que correspondem respectivamente aos eclipses total e parcial do sol, 
deve-se principalmente à: 
a) propagação retilínea da luz 
b) difração da luz do sol em torno da luz. 
c) independência dos raios luminosos. 
d) reflexão e refração da luz do sol. 
e) interferência luminosa. 
 
8. Um quadro coberto com uma placa de vidro plano, não pode ser visto tão 
distintamente quanto outro não coberto, porque o vidro: 
a) é opaco 
b) é transparente 
c) não reflete a luz 
d) reflete parte da luz 
e) é uma fonte luminosa 
 
9. A luz solar penetra numa sala através de uma janela de vidro transparente. 
Abrindo-se a janela, a intensidade da radiação solar no interior da sala: 
a) permanece constante. 
b) diminui, graças à convecção que a radiação solar provoca. 
c) diminui, porque os raios solares são concentrados na sala pela janela de vidro. 
d) aumenta, porque a luz solar não sofre mais difração. 
e) aumenta, porque parte da luz solar não mais se reflete na janela. 
 
10. Num dia sem nuvens, ao meio-dia, a sombra projetada no chão por uma esfera 
de 1,0 cm de diâmetro é bem nítida se ela estiver a 10 cm do chão. Entretanto, se a 
esfera estiver a 200 cm do chão, sua sombra é muito pouco nítida. Pode-se 
afirmar que a principal causa do efeito observado é que: 
a) o Sol é uma fonte extensa de luz. 
b) o índice de refração do ar depende da temperatura. 
c) a luz é um fenômeno ondulatório. 
d) a luz do Sol contém diferentes cores. 
e) a difusão da luz no ar “borra” a sombra. 
 
11. No vácuo, todas as ondas eletromagnéticas. 
a) têm a mesma frequência. 
b) têm a mesma intensidade. 
c) se propagam com a mesma velocidade. 
d) se propagam com velocidades menores que a da luz. 
e) são polarizadas. 
 
 
Página 9 
 
com Prof. Vasco 
 
 
12. Considere as seguintes afirmativas: 
I- A água pura é um meio translúcido. 
II- O vidro fosco é um meio opaco. 
III- O ar é um meio transparente. 
 
Sobre as afirmativas acima, assinale a alternativa correta. 
a) Apenas a afirmativa I é verdadeira. 
b) Apenas a afirmativa II é verdadeira. 
c) Apenas a afirmativa III é verdadeira. 
d) Apenas as afirmativas I e a III são verdadeiras. 
e) Apenas as afirmativas II e a III são verdadeiras. 
 
13. Um objeto amarelo, quando observado em uma sala iluminada com luz 
monocromática azul, será visto 
a) amarelo. 
b) azul. 
c) preto. 
d) violeta. 
e) vermelho. 
 
14. Marília e Dirceu estão em uma praça iluminada por uma única lâmpada. 
Assinale a alternativa em que estão CORRETAMENTE representados os feixes de 
luz que permitem a Dirceu ver Marília. 
 
 
 
15. Ana Maria, modelo profissional, costuma fazer ensaios fotográficos e participar 
de desfiles de moda. Em trabalho recente, ela usou um vestido que apresentava 
cor vermelha quando iluminado pela luz do sol. 
Ana Maria irá desfilar novamente usando o mesmo vestido. Sabendo-se que a 
passarela onde Ana Maria vai desfilar será iluminada agora com luz 
monocromática verde, podemos afirmar que o público perceberá seu vestido 
como sendo 
a) verde, pois é a cor que incidiu sobre o vestido. 
b) preto, porque o vestido só reflete a cor vermelha. 
c) de cor entre vermelha e verde devido à mistura das cores. 
d) vermelho, pois a cor do vestido independe da radiação incidente. 
 
 
 
Página 10 
 
com Prof. Vasco 
 
16. Na figura a seguir, F é uma fonte de luz extensa e A um anteparo opaco. 
 
 
 
Pode-se afirmar que I, II e III são, respectivamente, regiões de 
a) sombra, sombra e penumbra. 
b) sombra, sombra e sombra. 
c) penumbra, sombra e penumbra. 
d) sombra, penumbra e sombra. 
e) penumbra, penumbra e sombra. 
 
17. Leia com atenção os versos a seguir, de “Chão de Estrelas”, a mais importante 
criação poética de Orestes Barbosa que, com Sílvio Caldas, compôs uma das mais 
belas obras da música popular brasileira: 
 
 
A porta do barraco era sem trinco 
Mas a Lua, furando o nosso zinco, 
Salpicava de estrelas nosso chão … 
Tu pisavas nos astros distraída 
Sem saber que a ventura desta vida 
É a cabrocha, o luar e o violão … 
 
O cenário imaginado, descrito poeticamente, indica que o barraco era coberto de 
folhas de zinco, apresentando furos e, assim, a luz da Lua atingia o chão do 
barraco, projetando pontos ou pequenas porções iluminadas - as “estrelas” que a 
Lua “salpicava” no chão. 
 
Considerando o cenário descrito pelos versos, assinale a(s) proposição(ões) 
CORRETA(S) que apresenta(m) explicação(ões) física(s) possível(is) para o 
fenômeno. 
01. A Lua poderia ser, ao mesmo tempo, fonte luminosa e objeto cuja imagem 
seria projetada no chão do barraco. 
02. O barraco, com o seu telhado de zinco furado, se estivesse na penumbra, ou 
completamente no escuro, poderia comportar-se como uma câmara escura 
múltipla, e através de cada furo produzir-se-ia uma imagem da Lua no chão. 
04. A propagação retilínea da luz não explica as imagens luminosas no chão - 
porque elas somente ocorreriam em consequência da difração da luz. 
08. Os furos da cobertura de zinco deveriam ser muito grandes, permitindo que a 
luz da Lua iluminasse todo o chão do barraco. 
16. Quanto menor fosse a largura dos furos no telhado, menor seria a difração da 
luz e maior a nitidez das imagens luminosas no chão do barraco. 
32. Para que as imagens da Lua no chão fossem visíveis, o barraco deveria ser bem 
iluminado - com lâmpadas, necessariamente. 
 
 
 
Página 11 
 
com Prof. Vasco 
 
 
18. Uma brincadeira proposta em um programa científico de um canal de televisão, 
consiste em obter uma caixa de papelão grande, abrir um buraco em uma de suas 
faces, que permita colocar a cabeça no seu interior, e um furo na face oposta à 
qual o observador olha. Dessa forma ele enxerga imagens externas projetadas na 
sua frente, através do furo à suas costas. Esse fenômeno óptico baseia-se no: 
 
 
 
a) princípio da superposição dos raios luminosos. 
b) princípio da reflexão da luz. 
c) princípio da refração da luz. 
d) princípio da propagação retilínea da luz. 
e) princípio da independência dos raios luminosos. 
 
19. Muitas vezes, ao examinar uma vitrina, é possível observar não só os objetos 
que se encontram em exposição atrás do vidro, como também a imagem de si 
próprio formada pelo vidro, A formação dessa imagem pode ser explicada pela. 
a) reflexão parcial da luz. 
b) reflexão total da luz. 
c) refração da luz. 
d) transmissão da luz. 
e) difração da luz. 
 
20. Durante a final da Copa do Mundo, um cinegrafista, desejando alguns efeitos 
especiais, gravou cena em um estúdio completamenteescuro, onde existia uma 
bandeira da “Azurra” (azul e branca) que foi iluminada por um feixe de luz amarela 
monocromática. 
Quando a cena foi exibida ao público, a bandeira apareceu: 
a) verde e branca. 
b) verde e amarela. 
c) preta e branca. 
d) preta e amarela. 
e) azul e branca. 
 
 
 
 
 
 
Gabarito 
1A 2C 3C 4E 5C 6A 7A 8D 9E 10A 
11C 12C 13C 14A 15B 16C 171+2 18D 19A 20D