Relatório fisica - Ótica

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UNIVERSIDADE DE UBERABA
RELÁTORIOS: CALORIMETRIA E ÓPTICA
UBERABA-MG
2017
ÓPTICA
Introdução
Óptica é o ramo da física que estuda os fenômenos relacionados à luz. Devido ao fato do sentido da visão ser o que mais contribui para a aquisição do conhecimento, a óptica é uma ciência bastante antiga, surgindo a partir do momento em que as pessoas começaram a fazer questionamentos sobre o funcionamento da visão e sua relação com os fenômenos ópticos.
Os princípios fundamentais da óptica são:
1º - Princípio da Propagação Retilínea: a luz sempre se propaga em linha reta; 
2º - Princípio da Independência de raios de luz: os raios de luz são independentes, podendo até mesmo se cruzarem, não ocasionando nenhuma mudança em relação à direção dos mesmos; 
3º - Princípio da Reversibilidade da Luz: a luz é reversível. Por exemplo, se vemos alguém através de um espelho, certamente essa pessoa também nos verá. Assim, os raios de luz sempre são capazes de fazer o caminho na direção inversa. 
Luz Mono e Policromática
De acordo com sua cor a luz pode ser classificada como Monocromática ou Policromática.
Chama-se luz monocromática aquela composta de apenas uma cor, como por exemplo, a luz amarela emitida por lâmpadas de sódio.
Chama-se luz policromática aquela composta por uma combinação de duas ou mais cores monocromáticas, como por exemplo, a luz branca emitida pelo sol ou por lâmpadas comuns.
Usando-se um prisma é possível decompor a luz policromática nas luzes monocromáticas que a formam, o que não é possível para as cores monocromáticas, como o vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta.
Um exemplo da composição das cores monocromáticas que formam a luz branca é o disco de Newton, que é uma experiência composta de um disco com as sete cores do espectro visível, que ao girar em alta velocidade, "recompõe" as cores monocromáticas, formando a cor policromática branca. [2]
Determinação de imagens
Analisando objetos diante de um espelho esférico, em posição perpendicular ao eixo principal do espelho podemos chegar  a algumas conclusões importantes.
Um objeto pode ser real ou virtual. No caso dos espelhos, dizemos que o objeto é virtual se ele se encontra “atrás” do espelho. No caso de espelhos esféricos a imagem de um objeto pode ser maior, menor ou igual ao tamanho do objeto. A imagem pode ainda aparecer invertida em relação ao objeto. Se não houver sua inversão dizemos que ela é direita.
Raios e feixes de luz
Raio de luz: São linhas orientadas, que representam e indicam a direção e o sentido de propagação da onda luminosa, com origem ns fonte luminosa. Estas representações simplificam a construção das imagens no estudo de espelhos e lentes. 
Feixe de luz: é apenas um conjunto de raios luminosos.
Temos três tipos básicos de feixes luminosos:
Feixe divergente: os raios de luz se afastam um dos outros ao longo da trajetória. Exemplo: um feixe de luz que atravessa uma lente divergente (lente que afasta os raios de luz).
Feixe convergente: os raios de luz se aproximam um dos outros ao longo da trajetória. Exemplo: um feixe de luz que atravessa uma lente convergente (lente que aproxima os raios de luz), como exemplo, uma lupa.
Feixe cilíndrico: os raios de luz mantêm uma distância constante um dos outros, ou seja, são paralelos. Exemplo: um canhão de luz. [3]
Espelhos esféricos
 
Chamamos espelho esférico qualquer calota esférica que seja polida e possua alto poder de reflexão.
É fácil observar-se que a esfera da qual a calota acima faz parte tem duas faces, uma interna e outra externa. Quando a superfície refletiva considerada for a interna, o espelho é chamado côncavo, já nos casos onde a face refletiva é a externa o espelho é chamado convexo.
 
Reflexão da luz em espelhos esféricos
Assim como para espelhos planos, as duas leis da reflexão também são obedecidas nos espelhos esféricos, ou seja, os ângulos de incidência e reflexão são iguais, e os raios incididos, refletidos e a reta normal ao ponto incidido.
 
Aspectos geométricos dos espelhos esféricos
 
Para o estudo dos espelhos esféricos é útil o conhecimento dos elementos que os compõe, esquematizados na figura abaixo:
C é o centro da esfera;
V é o vértice da calota;
O eixo que passa pelo centro e pelo vértice da calota é chamado eixo principal.
As demais retas que cruzam o centro da esfera são chamadas eixos secundários.
O ângulo , que mede a distância angular entre os dois eixos secundários que cruzam os dois pontos mais externos da calota, é a abertura do espelho.
O raio da esfera R que origina a calota é chamado raios de curvatura do espelho.
Um sistema óptico que consegue conjugar a um ponto objeto, um único ponto como imagem é dito estigmático. Os espelhos esféricos normalmente não são estigmáticos, nem aplanéticos ou ortoscópicos, como os espelhos planos.
No entanto, espelhos esféricos só são estigmáticos para os raios que incidem próximos do seu vértice V e com uma pequena inclinação em relação ao eixo principal. Um espelho com essas propriedades é conhecido como espelho de Gauss.
Um espelho que não satisfaz as condições de Gauss (incidência próxima do vértice e pequena inclinação em relação ao eixo principal) é dito astigmático. Um espelho astigmático conjuga a um ponto uma imagem parecendo uma mancha.
 
Focos dos espelhos esféricos
Para os espelhos côncavos de Gauss pode ser verificar que todos os raios luminosos que incidirem ao longo de uma direção paralela ao eixo secundário passam por (ou convergem para) um mesmo ponto F - o foco principal do espelho.
 
No caso dos espelhos convexos é a continuação do raio refletido é que passa pelo foco. Tudo se passa como se os raios refletidos se originassem do foco.[4]
Lente esférica
A lente esférica é muito usada em nosso cotidiano, sendo que a encontramos em diversos equipamentos, como nos óculos, nas câmeras fotográficas, nos projetores de imagem, na lupa, na luneta etc. A lente é usada basicamente para formar imagens de diferentes objetos.
De uma forma bastante geral, podemos dizer que as lentes esféricas, assim como os espelhos planos, modificam os raios de luz que chegam até à sua superfície. A trajetória dos raios que incidem sobre sua superfície é modificada pelo fenômeno da refração, portanto temos as lentes convergentes e as divergentes. Podemos conhecer uma lente esférica de acordo com sua espessura. Chamamos de lentes esféricas de bordas delgadas aquelas lentes cujas bordas são finas; e chamamos de lentes esféricas de bordas espessas aquelas lentes cujas bordas são grossas.
As figuras abaixo nos trazem a representação das lentes esféricas que podemos encontrar em nosso cotidiano. Vejamos, então:
A lente convergente consegue concentrar todos os raios paralelos em um único ponto do espaço, cujo nome é ponto focal ou simplesmente foco da lente.
Já as lentes divergentes fazem com que os raios luminosos paralelos divirjam, ou seja, se espalhem. Esse tipo de lente apresenta foco virtual e sua distância focal é negativa.
Podemos representar as lentes da seguinte maneira:
Lentes convergentes: são as lentes que conseguem fazer com que todos os raios de luz paralelos cheguem em um único ponto do espaço. Esse ponto de encontro dos raios paralelos é dito ponto focal ou foco da lente esférica.
Lentes divergentes: são lentes que conseguem fazer com que os raios de luz paralelos sejam espalhados, ou seja, têm por objetivo fazer com que os raios luminosos divirjam. Nas lentes divergentes o foco é dito virtual, de forma que sua distância focal é negativa.[5]
Espelho plano
Um espelho plano é uma placa de vidro cuja superfície posterior recebeu uma fina película de prata. Quando a luz incide em uma superfície deste tipo, ela é refletida regularmente. Essa regularidade da reflexão é que permite a formação de imagens. Como isso não acontece nos corpos cujas superfícies são rugosas, estes não produzem imagens.
As superfíciesrugosas, quando iluminadas nos revelam somente sua própria forma, textura e cor.
Os raios que partem de um objeto, diante de um espelho plano, refletem-se no espelho e atingem nossos olhos. Assim, recebemos raios luminosos que descreveram uma trajetória angular e temos a impressão de que são provenientes de um objeto atrás do espelho, em linha reta, isto é, mentalmente prolongamos os raios refletidos, em sentido oposto, para trás do espelho.
A Imagem gerada por um espelho plano (I) é sempre virtual (formada atrás do espelho), direita (mesma posição do objeto original) e igual (mesmo tamanho do  objeto original). A imagem gerada por um espelho plano (EP) está situada a uma distância (p) do espelho igual à distância (p’) que o objeto (O) se encontra do espelho.
A única modificação que um espelho plano causa em uma imagem é a inversão do sentido esquerda – direita da mesma, originado imagens de letras ao contrário, por exemplo.[6]
Óptica da visão 
o estudo do comportamento dos raios luminosos em relação ao globo ocular é conhecido como óptica da visão. Para entender a óptica da visão será necessário estudar, anteriormente, a estrutura do olho humano.
Nossos olhos são constituídos de vários meios transparentes que levam os raios luminosos até a retina (onde formam-se as imagens).
Na óptica da visão é importante entender a função das partes mais importantes na formação de imagens no globo ocular. Vamos ver estas partes e suas funções:
O cristalino funciona como uma lente convergente biconvexa.
A pupila funciona como um diafragma, controlando a quantidade de luz que penetra no olho.
Os músculos ciliares alteram a distância focal do cristalino, comprimindo-o.
A retina é a parte do olho sensível à luz. É nesta região que se formam as imagens.
Para que o olho consiga formar uma imagem com nitidez, um objeto é focalizado variando-se a forma do cristalino. Essa variação da distância focal do cristalino é feita pelos músculos ciliares, através de uma maior ou menor compressão destes sobre o cristalino. Esse processo é chamado de acomodação visual.
O sistema óptico do globo ocular forma uma imagem real e invertida no fundo do olho, mais precisamente na retina. Como esta região é sensível à luz, as informações luminosas são transformadas em sinais elétricos que escoam pelo nervo óptico até o centro da visão (região do cérebro). O cérebro trata de decodificar estes sinais elétricos e nos mostrar a imagem do objeto focalizado. [7]
Objetivo
Compreender os princípios básicos da Óptica Geométrica, reflexão e refração. 
Equipamentos/Materiais 
Banco óptico;
Espelho plano, convexo e côncavo;
Lentes;
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
Verificamos o raio de luz e feixe de luz;
Observamos o comportamento óptico da luz em relação ao espelho plano, côncavo e convexo; 
Verificamos o comportamento óptico da luz em lentes de bordas finas e espessas; 
Vemos as leis da reflexão.
Resultados e Análises
Foram observados, o comportamento de reflexão da luz em espelhos planos, côncavos e convexos, e podemos perceber que no espelho plano, a luz só se reflete para o espelho em linha reta, no espelho côncavo, ela se espalha e no espelho convexo ela se junta ao centro.
E observamos também o comportamento de reflexão nas lentes convergentes, lentes divergentes. As lentes convergentes são lentes que conseguem fazer com que todos os raios de luz paralelos cheguem em um único ponto do espaço. As lentes divergentes são lentes que conseguem fazer com que os raios de luz paralelos sejam espalhados, ou seja, têm por objetivo fazer com que os raios luminosos divirjam.
Conclusão
Podemos concluir que o comportamento de reflexão da luz em espelhos planos, côncavos e convexos, e podemos perceber que no espelho plano, a luz só se reflete para o espelho em linha reta, no espelho côncavo, ela se espalha e no espelho convexo ela se junta ao centro.
E o comportamento de reflexão nas lentes convergentes, lentes divergentes. As lentes convergentes são lentes que conseguem fazer com que todos os raios de luz paralelos cheguem em um único ponto do espaço. As lentes divergentes são lentes que conseguem fazer com que os raios de luz paralelos sejam espalhados, ou seja, têm por objetivo fazer com que os raios luminosos divirjam.
Referência
[1] SILVA .Domiciano Correa Marques da. Óptica. Disponível em <http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/optica.htm> Acesso em 20 de jun 2017.
 [2] Luz Mono e Policromática. Disponível em < http://www.sofisica.com.br/conteudos/Otica/Refracaodaluz/luz_mono_e_policromatica.php > Acesso em 20 de jun 2017
[3] Optica. Disponível em <http://www.cultura.ufpa.br/petfisica/conexaofisica/optica/008.html> Acesso em 20 de jun de 2017
[4] Reflexão da luz. Disponível em <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Otica/Reflexaodaluz/espelhoesferico.php> Acesso em 21 de jun 2017
[5] Espelhos planos côncavo e convexo. Disponível em <http://www.coladaweb.com/fisica/optica/espelhos-planos-esfericos-concavos-e-convexos> Acesso em 21 de jun de 2017
[7] Optica da visão. Disponível em <http://www.efeitojoule.com/2009/09/optica-da-visao-fisica-optica-visao.html> Acesso em 21 de jun de 2017