Óptica - Ensino Médio, Luiza de Paiva

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Óptica
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Luiza de Paiva
Ao final do estudo você deverá sem capaz de fazer estes 
exercícios: (volta aqui depois e faz hein!)
01. Qual a diferença entre um meio transparente e um meio translúcido?
02. Ano-luz é medida de:
a) Intensidade luminosa;
b) Tempo;
c) Distância;
d) Tempo cosmológico.
03. Admita que o Sol subitamente “morresse”, ou seja, sua luz deixasse de ser 
emitida. Passadas 24h o que um eventual sobrevivente veria, olhando para o 
céu sem nuvens?
Luiza de Paiva
04. Calcule, em quilômetros, a distância percorrida pela luz no vácuo em 4 anos. Admita 
1 ano = 365 dias.
05. Uma supernova da Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia anã, vizinha da Via 
Láctea, está a 169 mil anos-luz da Terra. Determina essa distância em metros.
Luiza de Paiva
O que é?
Óptica é o ramo da Física ❤❤❤ que estuda a luz, como sua natureza, 
propriedades, fontes, propagação, etc. E, costumamos dividí-la em:
● Óptica Geométrica;
● Óptica Física.
(só pra ficar mais fácil de estudar mesmo)
● Também existe Óptica Quântica (curiosos acessem a referêcia [1], é 
wikipedia mas é bom)
Luiza de Paiva
Óptica Geométrica
Príncipios:
Princípio da propagação retilínea da luz: Num meio homogêneo e 
transparente, a luz propaga-se em linha reta.
Princípio da independência dos raios de luz: Os raios de luz de um feixe são 
independentes. (se um raio luminoso “cortar” o outro, os dois seguem seus 
caminhos de boas).
 
Luiza de Paiva
Corpo luminoso e corpo iluminado
Corpo luminoso é aquele que emite luz própria (“mas eu tenho luz própria”, não 
estamos falando disso, ok?) como o Sol, um fogo, um metal superaquecido, etc.
Corpo iluminado é aquele que reflete a luz que recebe de outros corpos, 
como a Lua, eu, você, dois filhos, um cachorro.
Luiza de Paiva
Exercício
Corrija a frase abaixo:
Luiza de PaivaFigura 01
Transparência, translucidez e opacidade
Meio transparente é aquele que permite a propagação da luz através de si por 
distâncias consideráveis, isto é, permite a visualização nítida dos objetos através dele. 
Ex.: ar, vidro, água.
Meio translúcido é aquele que permite a propagação da luz através de si, mas a 
espalha, de modo que os objetos vistos através dele não podem ser identificados, isto é, 
não permite a visualização nítida. Ex.: vidro fosco, papel de seda.
Meio opaco é aquele que impede a propagação de luz através de si, não permitindo a 
visualização dos objetos. Ex.: madeira, concreto.
Luiza de Paiva
Propagação retilínea da luz
Sombra e penumbra: Como vimos anteriormente (slide anterior, gente), um objeto 
opaco impede a propagação de luz através de si, logo irá produzir uma 
sombra. Lembra que eu e você somos objetos opacos? E nós produzimos 
sombra, certo? Então (:
Isso explica inSclusive (mentira, é inclusive) o eclipse (provando que eclipse é totalmente 
explicado por um fenômeno físico clássico, não é o fim do mundo).
Luiza de Paiva
Luiza de Paiva
Eclipse Lunar: Sol - Terra - Lua
Figura 02
Tá ruim 
pra ver 
mesmo, 
não é seu 
celular.
Compare os dois:
Luiza de PaivaFigura 03
Câmara Escura:
Denomina-se câmara escura toda caixa de paredes opacas com um pequeno 
orifício (buraco, gente) pelo qual penetram raios luminosos provenientes de uma 
fonte de luz. 
Esses raios atravessam o orifício e atingem a parede oposta formando uma 
imagem invertida. Esse princípio é a base de funcionamento das câmaras 
fotográficas e dos nossos olhos também.
“Ah, mas eu não vejo invertido”. Vê sim (= nosso cérebro que inverte a 
imagem pra enxergarmos bonitinho. Uhum. (mais informações, pergunte ao 
prof. de Biologia)
Luiza de Paiva
Luiza de Paiva
Figura 04
Cinema na caixa (câmara escura - experiência de 
Física) - Movie in a box:
<https://www.youtube.com/watch?v=9JBs4T-sd6E>
Reflexão e Refração:
Reflexão é o retorno de um feixe luminoso para o meio do qual é proveniente 
ao atingir uma superfície.
Refração é a passagem da luz de um meio para outro.
Figura 05Luiza de Paiva
Lei de Snell-Descartes
n1.sen i = n2.sen r
Onde: 
n: índice de refração do meio;
i: ângulo de incidência da luz com a reta normal;
r: ângulo de refração da luz com a reta normal.
Figura 06
Luiza de Paiva
Óptica Física
Propriedades da Luz
O olho humano é sensível à radiação eletromagnética com comprimentos de 
onda de aproximadamente 400nm até 700 nm. (nm = 10-9m = MUITO 
pequeno). 
Isso quer dizer que, de TOOODA a onda que é a luz, só enxergamos um 
pedacinho muito pequeno dela.
O comprimento de onda mais curto do espectro visível (do pedacinho que a 
gente vê) corresponde à luz violeta e o mais longo à luz vermelha.
O espectro da luz está no próximo slide:
Luiza de Paiva
Figura 07 Luiza de Paiva
Espectro visível
Perceba que só enxergamos um pedacinho BEEEEM pequeno de todo o 
espectro de luz:
Figura 08
Luiza de Paiva
Dualidade Onda-Partícula
Thomas Young mostrou o comportamento ondulatório da luz através do seu 
experimento:
Luiza de Paiva
Figura 09
Os pontos de Máx 
(amarelos) são 
iluminados e os 
azuis são regiões 
de penumbra.
Já o comportamento particular (particular de partícula) foi proposto (entre 
outras pessoas) por Albert Einstein, em 1905, para a explicação do efeito 
fotoelétrico. Uma partícula de luz é chamada de fóton.
Luiza de PaivaFigura 10
Quando um fóton incide 
em um metal, por 
exemplo, o átomo absorve 
o fóton e expele um 
elétron.
Simulação do efeito: 
<https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/legacy/photoelectric>
, é necessário estar com o java atualizado. Link para baixa o Java: 
<https://www.java.com/pt_BR/download/>
A propagação da luz é governada por sua propriedade ondulatória, 
enquanto a troca de energia entre a luz e a matéria é governada por sua 
propriedade particular.
COMO ASSIM?
A luz se propaga como onda (vai de um lugar até outro), mas interage com a 
matéria (eu, você, dois filhos, um cachorro) como partícula.
Luiza de Paiva
Espectro de Luz
Newton foi o “primeiro” a perceber que a luz branca é uma mistura de luzes 
de todas as cores de intensidade aproximadamente iNgual (é igual gente, só 
brincadeira mesmo.) Exemplos:
Luiza de PaivaFigura 11 Figura 12
Concluímos então que a luz BRANCA é a mistura de todas as outras luzes do 
espectro. (LUZ! Se misturar várias tintas não vai ficar branco, estamos falando 
de luz).
As cores primárias 
na física são: 
azul, vermelho e 
verde. 
Figura 13 Luiza de Paiva
Se misturar pigmentos, terá algo diferente:
Figura 14
Luiza de Paiva
Como enxergamos as cores
A cor que enxergamos é aquela que o objeto não absorveu e refletiu. 
Então, quando vemos um objeto azul, ele absorveu todas os outros 
comprimentos de onda, exceto o azul. Quando vemos um objeto branco, ele 
não aborveu nenhum comprimento de onda e refletiu todos. 
Por isso dizemos que usar preto esquenta, porque ele absorveu todos os 
comprimetos de onda, não refletindo nenhum deles e, sabendo que esta é 
uma forma de energia e, energia se transforma (energia luminosa se 
transformando em energia térmica).
Luiza de Paiva
Velocidade da luz
Galileu Galileu e seu assistente tentaram medir a velocidade da luz contando 
o tempo que a luz levava do topo de uma montanha a outra, distando 3 km.
Hoje obtemos a velocidade da luz no vácuo teoricamente!
“Chamamos” a velocidade da luz no vácuo de c:
c = 299.792.458 m/s ≃ 3 x 108 m/s !!!!! 
Luiza de Paiva
c = 1
 √μ0ε0
Onde:
μ0 = permeabilidade magnética do vácuo (4π x10-7 N/A2);
ε0 = permissividade elétrica do vácuo (8,854 x 10-12 C2/(N.m2).
Luiza de Paiva
O que é um ano-luz?
Ano-luz é umamedida de comprimento e mede quanto de espaço a luz 
percorre em um ano.
EXERCÍCIO:
Seja a velocidade da luz no vácuo aproximadamente 3 x 108 m/s e um ano 
igual a 365 dias. Calcule quanto é um ano-luz.
Luiza de Paiva
Figuras
Figura 01: http://heyevent.com/event/sardmilfvlhlwa/ver-a-lua-iluminando-o-sol-com-paula-fernandes
Figura 02: 
http://descomplica.com.br/blog/fisica/tudo-o-que-voce-precisa-saber-sobre-optica-geometrica-em-17-itens-tudo-mes
mo/
Figura 03:http://lostbyphysical.tumblr.com/page/2
Figura 04: http://chc.cienciahoje.uol.com.br/a-avo-da-camera-fotografica/
Figura 05: http://alunosonline.uol.com.br/fisica/reflexao-e-refracao-da-luz.html
Figura 06: http://fisicamoderna.blog.uol.com.br/arch2010-08-01_2010-08-07.html
Figura 07: https://12dimensao.wordpress.com/2016/02/15/ondas-gravitacionais-einstein-estava-certo-mais-uma-vez/
Luiza de Paiva
Figura 08: http://scienceblogs.com.br/100nexos/2009/02/magenta-e-todas-as-outras-cores-da-massa-cinzenta/
Figura 09: 
https://sites.google.com/site/afisicamodernadoensinomedio/topicos-de-fisica-moderna-e-contemporanea/a-dualidad
e-onda-particula-da-luz/a-difracao-e-interferencia-da-luz
Figura 10: https://naturezadafisica.com/2015/01/31/o-efeito-fotoeletrico-pode-ocorrer-em-nossa-pele/
Figura 11: http://site.veracruz.edu.br/blogs/4d2015/2015/10/05/arco-iris/
Figura 12: http://centroelemental.blogspot.com.br/2011/07/projeto-prisma.html
Figura 13: http://www.if.ufrgs.br/cref/?area=questions&id=387
Figura 14:https://tathianacores.wordpress.com/tag/cores-primarias/
Luiza de Paiva
Referências
[1] Óptica quântica: <https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%93ptica_qu%C3%A2ntica>
[2] BONJORNO, José Roberto et al. Física: história & cotidiano. São Paulo: FTD, v. 1, 
2003.
[3] TIPLER, Paul Allen; MOSCA, Gene. Física para cientistas e engenheiros. Vol. 2: 
eletricidade e magnetismo, óptica . Grupo Gen-LTC, 2000.
[4] WALKER, J.; HALLIDAY, D.; RESNICK, R. Fundamentos de física volume 4: óptica e física 
moderna. 2009. Rio de Janeiro: LTC.
APA
Luiza de Paiva