Óptica Geométrica

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Óptica
Geométrica
Reflexão
A reflexão da luz ocorre quando a luz que
incide numa superfície e é reenviada por essa
superfície. Por exemplo, a luz da lanterna
apresentada na imagem abaixo incide numa
superfície que a reflete.
Existem duas importantes leis que regem a
reflexão da luz, e o conjunto delas é
denominado de Leis da Reflexão:
1ª Lei
O raio de luz refletido e o raio de
luz incidente, assim como a reta
normal à superfície, pertencem
ao mesmo plano, ou seja, são
coplanares.
2ª Lei
O ângulo de reflexão (r) é
sempre igual ao ângulo de
incidência (i). i = r
Além disso, a reflexão da luz pode ser regular
ou irregular.
Reflexão regular - Quando a luz é refletida
numa superfície lisa e polida, ela reflete-se
numa só direção.
Reflexão irregular - Quando a luz é refletida
em direções diferentes, devido ao facto da
superfície de reflexão ser rugosa
Reflexão total:
Uma situação em que o feixe de luz refratado
será quase paralelo à superfície. Aumentando
um pouco mais o ângulo de incidência (i), até
chegar ao ângulo crítico o feixe refratado
desaparece e toda a luz passa a ser refletida.
Ângulo crítico: O maior ângulo de incidência
possível que ainda resulta em um raio
refratado é chamado de ângulo crítico; nesse
caso o raio refratado viaja ao longo da
fronteira entre os dois meios
A reflexão interna total pode ser vista na fronteira
do ar-água.
Refração
A refração é o fenômeno em que a luz, ao se
propagar, sofre mudança em sua velocidade de
propagação, após passar de um meio para o
outro consequentemente ela sofre um desvio
angular em relação a reta normal.
O fenômeno da refração é regido por duas leis
básicas:
1ª Lei
O plano de incidência e o plano da
luz refratada coincidem.
2ª Lei
A Lei de Snell-Descartes é aquela
em que calcula-se o valor do desvio
sofrido pela refração da luz. Os
senos dos ângulos de incidência e
refração são diretamente
proporcionais às velocidades da
onda nos respectivos meios.
na.senθa = nb.senθb.
Lentes convergentes e
divergentes
As lentes são dispositivos ópticos que
funcionam por refração da luz. Estão presentes
em óculos, nas lupas, nas câmeras fotográficas,
nas filmadoras e em telescópios. De acordo
com a curvatura apresentada, podem ser
classificadas como:
Além do formato, as lentes também podem ser
classificadas de acordo com o comportamento
óptico dos raios de luz após atingi-las.
Divergente: quando os raios de luz incidem
paralelos ao eixo principal, eles sofrem dupla
refração e se espalham:
Como o foco dessas lentes é formado pelo
encontro de projeções dos raios de luz
incidentes, ele é classificado como virtual.
Convergentes: os raios de luz incidem
paralelos ao eixo principal e, após sofrerem
refração, se concentram em um único ponto,
este ponto é o foco.
O foco das lentes convergentes é classificado
como foco real, pois é resultado do encontro
dos raios de luz refratados.
f > 0: a lente esférica é do tipo convergente;
f < 0: a lente esférica é do tipo divergente.
Lente divergente: foco negativo.
Lente convergente: foco positivo.
Espelhos esféricos
Espelhos esféricos são sistemas ópticos
formados com base em calotas polidas e
refletoras, capazes de refletir a luz em
diferentes ângulos, produzindo, dessa forma,
imagens que podem tanto ser reais como
virtuais.
Existem dois tipos de espelhos esféricos: os
espelhos côncavos e os espelhos convexos.
Os elementos geométricos, independente dos
formatos do espelho esférico (côncavo ou
convexo), são iguais para ambos.
As características das imagens nos espelhos
esféricos mudam de acordo com quando
mudamos a posição do objeto na frente do
espelho. Temos dois tipos de imagem:
Imagem virtual: é vista no ponto de encontro
dos prolongamentos dos raios refletidos
Imagem real: é vista em um ponto onde
realmente passam os raios refletidos.
Nos espelhos convexos:
A imagem nos espelhos convexos sempre
será virtual, estará posicionada entre o foco
(F) e o vértice (V), será direita e o seu
tamanho será menor que o objeto.
Utilidades: os espelhos convexos são bastante
utilizados nos retrovisores direito dos carros,
pois diminui a imagem para que caibam mais
imagens no espelho, dando assim uma ampla
visão.
Nos espelhos côncavos:
Objeto localizado
antes do centro de
curvatura .
Imagem é real,
invertida e menor.
Posicionado sobre o
centro de curvatura .
A imagem é real,
invertida e igual.
Entre o centro de
curvatura e o foco .
Real, invertida e
maior.
Sobre o foco (F). Imprópria
Entre o foco (F) e o
vértice (V).
Virtual, direita e
maior
Utilidades: os espelhos côncavos são muito
usados por mulheres para passar maquiagem
no rosto, pois amplia a imagem.
A chamada Equação de Gauss, ou equação dos
pontos conjugados, relaciona a posição onde
está o objeto (p), a posição da formação da
imagem (p') e o foco do espelho (F).
p = distância do objeto ao vértice
p’ = distância da imagem ao vértice
o = altura do objeto
i = altura da imagem
f = distância focal (f = R/2, R é o raio de
curvatura)
Denominamos de aumento linear ou
simplesmente amplificação o quociente entre
a imagem (i) e o objeto (o).
Vergência da lente
Na Física, a vergência (V) determina a
capacidade das lentes esféricas de convergir
ou divergir a luz. Assim, quanto maior for o
desvio sofrido pelos raios de luz ao atravessar
uma lente, maior será sua vergência.
Quanto menor for à distância focal de uma
lente mais ela converge ou diverge os raios de
luz paralelos. Para medir o poder de uma lente
divergir ou convergir raios de luz, é definido
uma grandeza chamada vergência ou
convergência da lente.
O que determina se uma lente é convergente
ou divergente é a relação entre os índices de
refração da lente e do meio em que essa se
encontra, bem como os raios de curvatura de
suas faces. Essa relação é chamada de equação
de Halley, também conhecida como equação
do fabricante de lentes.
n2 — índice de refração da lente
n1 — índice de refração do meio
R1 e R2 — raios de curvatura das faces da
lente (m)
Lentes divergentes: terão vergência negativa.
Lentes convergentes: terão vergência positiva
;
● A unidade de convergência de uma
lente é conhecida por dioptria (di).
A convergência está em nosso cotidiano
quando nos referimos ao grau que as lentes de
correção visual de uma pessoa possuem. Por
exemplo, quando dizemos que a lente de um
óculos possui 2 graus, estamos dizendo que a
vergência das lentes desses óculos possui 2 di.