Introdução à óptica: o que é luz

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INTRODUÇÃO À ÓPTICA: LUZ E FONTES DE LUZ 
 
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1 INTRODUÇÃO À ÓPTICA 
1.1 O que é óptica 
Óptica corresponde à parte da Física responsável pelo estudo da luz e dos 
fenômenos que a envolvem. 
A parte da Óptica que se preocupa em estudar a essência da luz, ou seja, sua 
natureza, é chamada Óptica física. 
Já a parte da Óptica responsável por estudar a propagação da luz e a formação de 
imagens é chamada Óptica geométrica. 
1.2 O que é luz 
De acordo com os estudos na área da Óptica Física, a luz tem dupla natureza: onda 
eletromagnética e partícula fóton. A fim de entendermos o que isso significa, vamos fazer uma 
analogia com uma onda na superfície de um líquido. 
Quando deixamos um objeto cair sobre a superfície de um líquido, perturbamos 
esse líquido, transferindo energia para ele. Essa energia se propaga na forma de ondas 
circulares, conforme a figura a seguir: 
 
 
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De forma similar, quando se perturba uma carga elétrica, cria-se uma onda nos 
campos elétrico e magnético, que se propaga no vácuo com a velocidade de 83 10 /c m s  . 
Cuidado: ano-luz é uma unidade de distância, não de tempo! 1 ano-luz 
corresponde à distância que a luz percorre em um ano no vácuo: 
8 8 8
8 15
1 ano-luz = 3 10 1 3 10 365 dias = 3 10 365 24 h 
 = 3 10 365 24 3600 9,46 10
m m m
ano
s s s
m
s m
s
       
     
 
Nem toda onda eletromagnética é luz. Para que seja considerada luz, a onda 
eletromagnética deve ser capaz de sensibilizar nossos órgãos visuais: os olhos. Dessa forma, 
para a Óptica Geométrica, luz é aquilo que nos proporciona a visão. 
As ondas eletromagnéticas luminosas, ao atingirem as células da retina, 
sensibilizam-nas, proporcionando ao sujeito a visão, conforme a figura a seguir: 
 
1.3 Como representar a luz 
Vamos representar a luz através do uso de linhas orientadas, indicando a direção e 
o sentido da propagação. O nome que vamos dar a essas linhas é raio de luz. 
raio de luz
 
 
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Ao conjunto de raios luminosos, daremos o nome ou de pincel, ou se feixe 
luminoso. 
Os pinceis luminosos podem ser classificados quanto à geometria: 
 Cônicos Convergentes: os raios convergem para um mesmo ponto. 
 Cônicos Divergentes: os raios de luz divergem a partir de um mesmo ponto. 
 Cilíndricos: os raios são paralelos entre si. 
pincel divergente
 
pincel convergente
 
 
pincel cilíndrico 
 
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Importante: não somos capazes de ver o raio de luz que não atinge nossos olhos. 
Por exemplo, quando utilizamos uma ponteira laser em um local com ar limpo, vemos apenas 
a luz refletida na parede iluminada pelo laser: 
 
Na figura a seguir, o mesmo experimento foi feito após ser lançada “fumaça” no ar. 
As partículas dessa “fumaça” refletem a luz, permitindo que você veja o trajeto: 
 
 
1.4 Fontes de luz 
Fontes de luz são os objetos dos quais se originam os raios luminosos. 
É possível classificar as fontes de luz segundo vários critérios. O primeiro que 
vamos observar é o critério de transformação de energia: 
 
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Fonte primária ou objeto luminoso: corresponde à fonte na qual se transformam 
outras modalidades de energia em energia luminosa. É o caso das lâmpadas elétricas (energia 
elétrica em energia luminosa), do sol (energia nuclear em energia luminosa), da vela (energia 
química em energia luminosa) etc. 
Fonte secundária ou objeto iluminado: corresponde à fonte na qual não se 
transformam outras modalidades de energia em energia luminosa. Nesse caso, o objeto 
recebe luz de outra fonte e a reflete. É o seu caso! Sim, você pode ser uma fonte de luz quando 
é iluminado pelas lâmpadas ou pelo sol. 
Além disso, também se podem classificar as fontes luminosas segundo o tamanho. 
Nessa situação, lembre-se de que o tamanho é algo relativo. A fim de classificar algo como 
grande ou pequeno, é preciso haver um referencial. 
Fonte puntiforme: corresponde à fonte cujas dimensões são muito pequenas 
quando comparadas aos objetos que ela estará iluminando. Assim, é preciso saber o contexto 
para classifica-la dessa forma. A palavra puntiforme está relacionada à forma de um ponto. 
Fonte extensa: corresponde à fonte cujas dimensões não podem ser desprezadas 
quando comparadas aos objetos que ela estará iluminando. 
Note que uma lâmpada incandescente comum seria considerada extensa, caso 
estivesse iluminando uma formiguinha próxima a ela. Por outro lado, se ela estiver iluminando 
um grande salão com pessoas, consideramo-la puntiforme. 
 
 
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1.5 Cores da luz 
Veremos mais adiante que a cor corresponde a uma sensação subjetiva. Nada 
garante que todos tenhamos a mesma percepção de uma determinada cor, apesar de 
conseguirmos diferenciar uma cor de outra. Além disso, é possível também “enganar” o 
cérebro e o olho com respeito à cor de um objeto. Contudo, sabemos que há uma relação entre 
a frequência da vibração luminosa e a cor que interpretamos. 
Observe o prisma da figura a seguir. Nele, vemos que a luz branca, ao atravessá-
lo, decompõe-se nas famosas cores do arco-íris. A luz de menor frequência que é capaz de 
sensibilizar nossos olhos corresponde à cor vermelha, a de maior, à violeta. Abaixo do 
vermelho, temos o infravermelho que não é visível, e, acima do violeta, temos o ultravioleta 
que também é invisível. 
 
 
(minha imagem) 
Quando todas as cores decompostas atingem nossos olhos misturadas, vemos a 
cor branca. Quando não há luz atingindo nossos olhos, ou quando há pouca luz chegando até 
eles, vemos o preto. 
 
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As fontes luminosas podem ser classificadas também em relação às cores: 
Fonte monocromática: emite apenas uma frequência luminosa e, portanto, apenas 
uma cor. 
Fonte policromática: emite mais de uma frequência luminosa. Poderá ser vista 
apenas uma cor resultante dessa “mistura” (como é o caso do branco). 
Cuidado, na decomposição, costumamos dar nome a 7 cores. Contudo, há uma 
infinidade de cores, não há apenas 7. Por exemplo, entre o azul e o verde, há o “verde-azulado” 
ou o “azul-esverdeado”. 
Nota: as ondas possuem uma propriedade chamada comprimento de onda 
c
f
  , 
onde c é a velocidade, e f é a frequência. 
1.6 Meios de propagação da luz 
A luz pode propagar-se em diversos materiais. Quando ela é capaz de propagar-se 
de forma regular no interior de determinado meio, dizemos que ele é transparente. Nesse 
caso, é possível observar nitidamente os objetos que estão do outro lado do meio: 
 
(imagem minha) 
 
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Quando a luz consegue se propagar no meio, mas de forma irregular, dizemos que 
o meio é translúcido. Nesse caso, não conseguimos observar nitidamente o que se encontra 
do outro lado do meio: 
 
Quando o meio não permite a propagação da luz, ele é chamado opaco: