Domingo, 20 de Maio de 2012
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Luz
Objeto de estudo da Óptica
Óptica é a parte da Física que estuda um conjunto de fenômenos (denominados fenômenos luminosos) que têm como causa determinante o agente físico luz.
Divisão do estudo da Óptica
Devido à grande diversidade de fenômenos luminosos e por razões didáticas, convencionou-se dividir o estudo da Óptica em duas partes principais.
Óptica Geométrica
Estuda os fenômenos que são explicados sem que seja necessário conhecer a natureza do agente físico luz. O estudo feito é baseado em leis empíricas, que irão constituir os princípios fundamentais da Óptica Geométrica.
A propagação retilínea, a reflexão e a refração são os fenômenos estudados por esse ramo da Óptica.
A justificativa do nome Óptica Geométrica está no fato de que, na explicação dos fenômenos, são empregados, via de regra, métodos puramente geométricos.
Óptica Física
Estuda os fenômenos cuja compreensão e elaboração de leis só é possível com o conhecimento da natureza do agente físico luz.
A interferência, polarização, difração, dispersão são exemplos de fenômenos estudados na Óptica Física.
Algumas aplicações da Óptica
- Correção de defeitos da visão;
- Visão de objetos de dimensões reduzidas;
- Visão de objetos distantes ou inacessíveis à vista;
- Fixação de imagens: fotografia e cinematografia;
- Análises espectrais da luz para determinação da composição química de substâncias extraterrenas;
- Otimização na técnica de iluminação etc.
Raio de Luz
Denomina-se raio de luz um ente geométrico (uma linha) que representa a direção e sentido de propagação da luz.
A idéia de raio de luz é puramente teórica, com o objetivo de facilitar o estudo. Não se consegue, na prática, individualizar um raio de luz. O raio luminoso, conforme o meio onde se propague a luz, pode ser retilíneo ou curvelíneo.
Velocidade da Luz
Durante um certo tempo acreditava-se que a propagação da luz fosse instantânea, ou seja, ela seria imediatamente vista por um observador assim que fosse emitida a partir de uma fonte.
Hoje sabemos que quando a luz se propaga através de um meio, ela o faz com uma velocidade determinada. Essa velocidade é extremamente alta quando comparada com velocidades registradas em fenômenos cotidianos.
No vácuo, onde temos velocidade máxima de propagação da luz, qualquer que seja a freqüência, ou cor, da luz considerada, a velocidade de propagação é sempre a mesma e da ordem de 3,0 . 10 (a quinta) km/s = 3,0 .10 (a oitava) m/s
Em um meio material, a velocidade da luz é menor que no vácuo.
Para luzes monocromáticas e um determinado meio material, a mais rápida é a luz vermelha e a mais lenta é a luz violeta.
O ano-luz
Imagine medirmos a distância entre São Paulo e Rio de Janeiro em milímetros; seria extremamente inconveniente, tal a quantidade de algarismos a serem utilizados para expressar essa medida.
Da mesma forma, para medirmos a distância entre os astros existentes no universo não utilizamos unidades como o metro ou quilômetro, pelo memso inconveniente já citado.
Em Astronomia utiliza-se como padrão para medir distâncias o "ano-luz". Essa unidade corresponde à distância que a luz percorre no vácuo em um ano terrestres.
1 ano-luz ~ 10 trilhões de quilômetros
Alfa-centauro, que é a segunda estrela mais próxima da Terra, está a aproximadamente 43 trilhões de quilômetros (43000000000000 km), ou "simplesmente" 4,3 anos-luz.
A luz emitida hoje por esta estrela irá demorar 4,3 anos para chegar até nós.
Quando observamos o céu numa noite estrelada, várias daquelas estrelas estão extintas, embora deêm a impressão de sua existência!
Baseados nisto, podemos concluir que olhar para o céu é enxergar o passado.
Reflexão
Uma parte da luz (e portanto da energia radiante) volta ao meio em que a luz estava se propagando, obedecendo determinadas leis; é a reflexão da luz.
Refração
Uma outra parte da luz (e portanto da energia radiante) passa a se propagar no outro meio, sendo a luz, em geral, desviada, assumindo uma direção bem determinada e obedecendo a certas leis; é a refração da luz.
Absorção
Uma outra parte da luz pode ser absorvida na fronteira, quando, então, energia radiante se transforma em energia térmica.
Balanço energético
Seja E a energia radiante total incidente na fronteira que separa os meios (1) e (2).
Sejam ainda:
E1 - energia radiante refletida;
E2 - energia radiante refratada;
E3 - energia radiante absorvida.
Pela lei da conservação da energia, temos:
E = E1+ E2 + E3
Dividindo-se toda a expressão por E, resulta:
1 = E1 / E + E2 / E + E3/E
As razões sao chamadas respectivamente, de: poder refletor (a), poder refrator (b) e poder absorvente (c) da fronteira estudada.
É óbvio que: a + b + c = 1
Cor de um corpo
A luz solar, denominada luz branca, é na realidade uma luz composta de uma infinidade de cores.
A cor de um corpo nao é uma característica sua, mas, sim, depende da luz que o ilumina.
Quando um corpo, constituído de pigmentos puros, recebendo luz branca se apresenta verde , isto significa que, de todas as cores que compõem a luz branca, o corpo absorveu todas, com exceção do verde, que foi refletida e enviada para nossos olhos. Se o corpo nao absorver nenhuma cor, refletindo todas, ele é um corpo branco ideal.
Se o corpo absorver todas as cores, nao refletindo nenhuma, ele é um corpo negro ideal.
Classificação e elementos dos espelhos esféricos
Consideremos uma superfície esférica de centro C e raio de curvatura R.
Um plano, interceptando a superfície esférica, divide-a em duas calotas esféricas.
Denomina-se espelho esférico a toda calota esférica, em que uma de suas superfícies é refletora.
O espelho esférico é dito côncavo , quando a superfície refletora é aquela voltada para o centro da calota e convexo , em caso contrário.
Os elementos geométricos de importância no espelho esférico são:
1) Vértice do espelho (V): é o pólo da calota esférica.
2) Centro de curvatura (C): é o centro da esfera, de onde se originou a calota.
3) Raio da curvatura (R): é o raio da esfera, de onde se originou a calota.
4) Eixo: qualquer reta passando pelo centro de curvatura e por um ponto da superfície do espelho.
5) Eixo principal: é o eixo determinado pelo centro de curvatura (C) e pelo vértice do espelho (V).
6) Eixo secundário: qualquer eixo que não passe pelo ponto (V).
7) Plano meridiano: todo plano que contém o eixo principal.
Espelho côncavo
Após sofrer reflexão o pincel de luz emergente converge para o ponto F, denominado foco principal do espelho côncavo.
O espelho côncavo transforma um pincel cilíndrico em um pincel convergente.
Espelho convexo
Após sofrer reflexão o pincel de luz emergente diverge o vértic deste pincel divergente encontra-se sobre o eixo principal no ponto F, denominado foco principal do espelho convexo.
O espelho convexo trasforma um pincel cilíndrico em um pincel divergente.
Luz monocromática
A luz é uma onda eletromagnética.
A onda eletromagnética é constituída por dois campos: um elétrico e outro magnético, que se propagam no espaço, de tal forma que a variação do campo elétrico gera o campo magnético e vice-versa.
Os campos elétrico e magnético variam periodicamente, com uma certa freqüência f.
A freqüência f caracteriza o tipo de onda eletromagnética: ondas de rádio, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios X, raios y etc.
Denomina-se luz monocromática (uma só cor) uma onda eletromagnética visível (capaz de excitar nossa retina), à qual associamos uma única freqüência. A freqüência distintas associamos cores distintas, pois cada freqüência produz em nossos órgãos visuais sensações distintas.
O índice de refração absoluto de um meio de propagação da luz é função crescente da freqüência da luz, isto é, aumenta da cor vermelha para a cor violeta, segundo a seqüência: vermelho-alaranjado-amarelo-verde-azul-anil-violeta.
Por convenção, quando não se especifica a que cor de luz corresponde o índice de refração absoluto, admite-se referir-se à luz amarela sódio.
Arco-Íris
Fenômenos ópticos na formação do arco-íris
A luz solar branca separa-se formando um espectro de cores; é a dispersão de luz.
As várias cores, do espectro sofrem reflexão na face interna da gotícula.
Temos refração das várias cores que emertem da gotícula para formar o arco-íris.
Fonte: Apostila do Objetivo
Fonte das fotos: Fichario Online
© 2012 Revisao Virtual - Por Marlon Vismari