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UNIDADE IV
Instrumentos Ópticos e Introdução à 
Radiação
INTRODUÇÃO À ÓPTICA 
GEOMÉTRICA
Há três maneiras pelas quais a luz pode viajar de uma fonte 
para o seu receptor. Pode vir diretamente da fonte através do 
espaço vazio, como do Sol para a Terra. Ou a luz pode viajar 
através de vários meios de comunicação, como o ar e o vidro, 
para a pessoa.
INTRODUÇÃO À ÓPTICA 
GEOMÉTRICA
• Como a luz se move em linhas retas, mudando de direção quando 
interage com materiais, é descrita por geometria e trigonometria 
simples.
Lei da Reflexão
Uma vez que a luz atinge diferentes partes da superfície em
ângulos diferentes, ela é refletida em muitas direções
diferentes, ou também conhecida como difusa.
Lei da Refração
É fácil notar algumas coisas estranhas quando se olha para 
um aquário. Por exemplo, você pode ver o mesmo peixe 
aparecendo em dois lugares diferentes. 
Por que a luz muda de direção ao
passar de um material (médio) para
outro? É porque a luz muda de
velocidade. Então, antes de estudar
a lei da refração, é útil discutir a
velocidade da luz e a forma como ela
varia em diferentes ambientes.
Qual a velocidade da Luz?
A velocidade da luz é agora conhecida por uma grande precisão
velocidade da luz depende fortemente do tipo de
material, uma vez que a sua interação com diferentes
átomos, redes de cristal e outras subestruturas varia.
Índices de refração
• Para um raio em um determinado ângulo de incidência, uma
grande mudança na velocidade causa uma grande mudança de
direção e, portanto, uma grande mudança de ângulo
Exemplo
Encontre o índice de refração para o
meio 2 de acordo com a figura ao lado.
Assumindo que o meio 1 é ar e dado o
ângulo de incidência é de 30,0º e o ângulo
de refração é de 22,0º.
Solução
•
O índice de refração para o ar é considerado 1 na maioria dos
casos . Assim, n1 = 1,00. Das informações fornecidas, θ1 = 30,0º
e θ2 = 22,0º. Com esta informação, o único desconhecido na lei
de Snell é n2.
Aplicação
Os endoscópios são usados ​​para explorar o corpo através de
vários orifícios ou incisões menores.
A fibra óptica revolucionou técnicas e observações cirúrgicas
dentro do corpo. Há uma série de usos médicos de diagnóstico
e terapêutica.
Formação de imagem por lentes
As lentes são encontradas em
uma grande variedade de
instrumentos ópticos, que vão
desde uma lupa simples até à
lente de zoom de uma câmera.
O ponto em que os raios se cruzam é definida como o ponto
focal F da lente. A distância do centro da lente para o seu ponto
focal é definida como a distância focal f da lente.
O poder P de uma lente é definido como o inverso de sua 
distância focal. Em forma de equação, isso é:
O rastreamento de raios é a técnica de
determinar ou seguir (traçar) os caminhos
que tomam os raios de luz.
Ponto focal de uma lente convexa
• A distância da imagem di é definida como a distância da imagem 
do centro de uma lente. A altura do objeto e altura da imagem 
são dados os símbolos hoo e hi, respectivamente.
• As imagens que parecem verticais em relação ao objeto têm 
alturas positivas e as que estão invertidas possuem alturas 
negativas.
Definimos a proporção da altura da
imagem para a altura do objeto (hi / ho)
para ser a ampliação m.
A Física dos Olhos (substituir lente 
por cristalino)
Curiosidades
• O olho gerencia isso variando a potência (e a distância focal)
da lente para acomodar objetos a várias distâncias. O processo
de ajuste da distância focal do olho é chamado de
acomodação.
• Uma pessoa com visão normal (ideal) pode ver objetos
claramente em distâncias que variam de 25 cm até o “infinito”.
Acomodação
(a) Os raios de luz do mesmo
ponto em um objeto distante
devem ser quase paralelos
ao entrar no olho e mais
facilmente convergir para
produzir uma imagem na
retina.
(b) (b) Os raios de luz de um
objeto próximo podem
divergir mais e ainda entrar
no olho.
Exemplo:
Calcule o poder do olho ao visualizar objetos nas maiores e
menores distâncias possíveis com visão normal, assumindo
uma distância lente-retina de 2,00 cm (um valor típico).
Solução:
Para uma visão clara, a imagem deve estar na retina, e então di = 2.00 
cm aqui. Para visão distante, faça do ≈ ∞, e para visão curta distância, 
fazer = 25,0 cm, como discutido anteriormente. A equação:
P tem unidades de dioptria (Dioptria é uma unidade de medida
que afere o poder de vergência – ou refração – de um sistema
óptico) onde 1D = 1/m, e então devemos expressar todas as
distâncias em metros.
Para uma visão distante:
Para uma visão mais de perto:
Discussão
Para um olho com essa típica distância de lente a retina de
2,00 cm, a potência do olho varia de 50,0 D (para visão distante
totalmente distante) para 54,0 D (para uma visão
completamente acomodada), que é um aumento de 8%.
• Uma capacidade de acomodação de 8% é considerada normal,
mas é típica para pessoas com cerca de 40 anos de idade. As
pessoas mais jovens têm maior capacidade de acomodação,
enquanto as pessoas idosas gradualmente perdem a
capacidade de acomodar.
• Quando um optometrista identifica a acomodação como um
problema em idosos, é provavelmente devido ao
endurecimento do cristalino.
Introdução a Radioatividade e Física 
Nuclear 
Antoine Henri Becquerel (1852-1908) Albert Einstein (1879-1955)
Marie Curie (1867-1934)
Alfa, Beta e Gama
Os efeitos dos raios X e da radiação nuclear nos tecidos
biológicos e outros materiais, como a eletrônica em estado
sólido, estão diretamente relacionados à ionização que
produzem.
Além de α, β e γ, existem outras formas de radiação
nuclear, e também produzem ionização com efeitos
semelhantes. Definimos a radiação ionizante como qualquer
forma de radiação que produz ionização.
Detecção de radiação
A primeira detecção direta de radiação foi a placa fotográfica
nebulizada de Becquerel
Contador Geiger
Os detectores de radiação de estado sólido convertem a
ionização produzida em um semicondutor (como os
encontrados em chips de computador) diretamente em um sinal
elétrico.
Efeitos biológicos da radiação ionizante
• Todos os efeitos das radiações ionizantes no tecido biológico 
podem ser entendidos ao saber que a radiação ionizante afeta 
moléculas dentro das células, particularmente as moléculas de 
DNA.
• O dano ao DNA consiste em rupturas nas ligações químicas ou 
em outras mudanças nas características estruturais da cadeia 
de DNA, levando a mudanças no código genético.
• Uma vez que a radiação ionizante danifica o DNA, que é crítico na 
reprodução celular, ela tem seu maior efeito em células que se 
reproduzem rapidamente, incluindo a maioria dos tipos de câncer.
• Assim, as células cancerosas são mais sensíveis à radiação do que 
as células normais e podem ser mortas por ele facilmente.
• Sem contradição, a radiação ionizante pode ser tanto uma cura 
quanto uma causa.
Para discutir quantitativamente os efeitos biológicos das
radiações ionizantes, precisamos de uma unidade de dose de
radiação diretamente relacionada a esses efeitos.
Por exemplo, se uma pessoa de 50,0 kg estiver exposta a
radiação ionizante em todo o seu corpo e ela absorve 1,00 J,
então a dose de radiação de todo o corpo é:
Se o mesmo 1,00 J de energia ionizante fosse absorvido em
seu antebraço de 2,00 kg sozinho, então a dose para o
antebraço seria:
E o tecido não afetado teria uma dose zero de rad. Ao calcular 
as doses de radiação, você divide a energia absorvida pela 
massa do tecido afetado.
A unidade SI para a dose de radiação é o gray (Gy), que é 
definido como sendo:
• Embora a energia por quilograma em 1 rad seja pequena, tem
efeitos significativos, já que a energia causa ionização
• A energia necessária para uma única ionização é de alguns eV,
ou menos de 10-18 J. Assim, 0,01 J de energia ionizante pode
criar uma grande quantidade de pares de íons e ter um efeito
no nível celular.
• O dano concentrado é mais difícil para os organismos
biológicos serem reparados do que os danos espalhados, de
modo queas partículas de curto alcance possuem maiores
efeitos biológicos.
A eficácia biológica relativa (RBE) ou o 
fator de qualidade (QF)
• Os efeitos em larga escala da radiação sobre os seres
humanos podem ser divididos em duas categorias: efeitos
imediatos e efeitos a longo prazo.
• O sievert (Sv) é a unidade usada para dar uma avaliação do
impacto da radiação ionizante sobre os seres humanos.
• No entanto, o efeito específico dessa energia é refletida por
dois coeficientes, um refletindo a eficácia biológica de
diferentes tipos de radiações e o outro o impacto biológico
sobre um determinado órgão.
• Um rem é uma grande quantidade de radiação, então
o millirem (mrem), que é milésima parte do rem, é utilizado
para dosagens comumente encontradas tais como em
equipamentos médicos de raio-x
• Existe um período de latência para o aparecimento de câncer 
induzido por radiação de cerca de 2 anos para leucemia e 15 
anos para a maioria das outras formas.
• Se uma pessoa recebe uma dose de 1 rem, seu risco a cada 
ano de morrer de câncer induzido por radiação é de 10 em um 
milhão e esse risco continua por cerca de 30 anos
• As radiografias de tórax dão as doses mais baixas - cerca de 
0,1 mSv ao tecido afetado, com menos de 5% de dispersão em 
tecidos que não são fotografados diretamente.