Fenômenos Ópticos

 Quando um feixe de luz passa em determinado meio e atinge uma superfície de separação com outro meio, ocorre o que chamamos de fenômenos ópticos: Reflexão, Refração, Absorção, Dispersão e Espelhamento da luz.

Reflexão da luz

 A reflexão ocorre quando um feixe de luz incide sobre uma superfície e retorna do meio de origem. Iremos falar sobre a Reflexão Regular e a Reflexão Difusa.

Reflexão Regular: Acontece quando um feixe de luz atinge uma superfície polida e é refletido de forma regular, caso a incidência seja um feixe de luz com raios paralelos, o feixe refletido também será paralelo.

Reflexão Difusa: A difusão da luz ocorre quando o feixe de luz incide em uma superfície e volta de forma irregular, propagando-se em todas direções. Como ele é refletido em diversas direções, pode ser visto por observadores localizados nos mais diferentes lugares. É por isso que podemos enxergar os objetos. A reflexão difusa da luz permite entender por que, os corpos apresentam cores diferentes. Podemos dizer que a cor de um corpo, visto pelo olho humano, é determinada pela luz difundida por ele quando iluminado pela luz solar. 

 A luz branca do sol apresenta um espectro de cores determinadas por uma frequência da luz bem definida. Um objeto branco, ao ser iluminado pela luz branca, reflete (difunde) todas as cores, causando a impressão de um corpo branco. Um objeto preto, ao ser iluminado, absorve todas as cores, causando a impressão de um corpo preto.

 A quantidade de energia refletida ou absorvida por um corpo está relacionada ao material que compõe e à frequência da luz. Dessa forma, pode ocorrer a reflexão de algumas cores e a absorção de outras.

Absorção da Luz

 O fenômeno da absorção consiste na transformação da energia luminosa em energia térmica. Nesse caso consideramos que a maior parte da radiação incidente é retida no corpo.

  

 Nas pavimentações de ruas e estradas, é habitual sinalizar o asfalto com faixas e letras brancas ou amarelas. Assim, a camada negra do asfalto absorve a luz, e as faixas e letras difundem a luz, auxiliando a visão dos motoristas.

Refração da Luz

 A refração da luz ocorre quando a luz incide em uma superfície que separa dois meios transparentes e, atravessando-a, propaga-se no outro meio. Quando isso acontece a luz pode sofrer mudanças na direção de sua trajetória.

Dispersão da Luz

 Quando fazemos uso de um instrumento óptico, como o prisma, podemos perceber claramente a dispersão das cores, onde vemos a composição da luz.

Espelhamento da luz

O espelhamento da luz é um processo que as partículas da atmosfera absorvem a radiação luminosa, emitindo-a para outra direção. Pode ser considerado um tipo de refração, no caso de a partícula ser transparente ou translúcida, como as moléculas dos gases e gotículas de água presente no ar. 
Mas a luz também pode ser espelhada por partículas opacas como a poeira e outros poluentes.

Óptica Geométrica

A óptica geométrica tem como base a propagação retilínea, a independência e a reversibilidade dos raios de luz.

Propagação retilínea da luz: A luz em meio homogêneo, se propaga em linha reta. A formação da sombra e da penumbra decorre desse fato. 
   Há dois tipos de fontes luminosas:

Fonte luminosa pontual: Produz sombra sobre um anteparo sempre que houver um corpo opaco entre eles. Como o raio de luz não pode fazer curva e contornar o corpo, no anteparo forma-se uma região sem iluminação, que chamamos de sombra.

Fonte luminosa extensa: Onde teremos, a sombra e outra região com menor iluminação que recebe o nome de penumbra. Nessa região chega somente parte dos raios de luz emitidos pelo corpo extenso.

Câmara escura de orifício

A câmara funciona em decorrência da
propagação retilínea da luz. 
A luz proveniente de um objeto no exterior passa pelo orifício O e forma na parede oposta uma imagem invertida.

                  i   =   d  
               o         p

 Ângulo Visual

Para que a imagem de um objeto seja visto com nitidez, suponde um observador com visão normal, é preciso que este esteja a uma distância mínima de 25 cm do olho.

Os dois pontos que representam as extremidades do objeto, teremos os raios de luz que partem desses pontos, e o ângulo formado é denominado de Ângulo Visual B.

Quando o objeto do olho do observador, o ângulo visual se reduz e o objeto parece diminuir. O limite de abertura do ângulo, denominado limite de acuidade visual, para que a imagem não perca a nitidez, é aproximadamente de um minuto de arco (B mim = 1').

Independência dos Raios de Luz

O raio de luz que se interceptam não sofrem mudanças de direção, cada um conserta a sua trajetória, independente de outro raio de luz. Na interferência acontece o aumento da intensidade luminosa em relação à iluminação gerada por somente um feixe.                                                                                     

Reversibilidade dos Raios de Luz

A trajetória percorrida pelos raios de luz é independente do sentido de propagação desses raios.

Reflexão e Refração

Leis de Reflexão

Reflexão é o fenômeno em que um raio ou feixe de luz retorna ao mesmo meio em que se propagava após incidir em uma superfície. A descrição geométrica da reflexão da luz está fundamentada no que denominamos leis de reflexão.

      Existem duas leis que descrevem como ocorre a reflexão da luz:

1. Lei: O raio incidente, a reta normal e o raio refletido estão contidos no mesmo plano.
2. Lei: O ângulo de incidência tem a mesma medida do angulo de reflexão:   i = r

Luz

Luz é a radiação eletromagnética, que transporta uma energia chamada de: energia radiante, que é capaz de sensibilizar as células de nossa retina e provocar a visão.

A luz sempre foi um tema de fascínio para os maiores cientistas, despertando controvérsias, polemicas e interpretações conceituais duvidosas, que, ao longo do tempo, foram sendo adaptadas, reformuladas ou refutadas pelos cientistas. Isaac Newton foi o responsável  pelo fato da teoria corpuscular da luz predominar por muito tempo, mesmo sem explicar de maneira convincente muitos fenômenos ópticos, como o caso da refração, que recebia uma explicação conceitual coerente com a observação experimental, mas que chegavam a conclusão (que hoje sabemos ser equivocada) de que a velocidade da luz seria maior na água do que no ar. 

Em 1850, ficou comprovado experimentalmente que a velocidade da luz no ar era maior da que na água e, em 1860, com a teoria eletromagnética de Maxwell, ficou sentenciada a estabilidade e credibilidade da teoria ondulatória da luz. Porem, no final do seculo XIX, em uma das experiencias comprobatórias da teoria ondulatória da luz, descobriu-se o efeito fotoelétrico, que reergueu o modelo corpuscular da luz. Desta maneira, a aceitação de uma natureza dupla (dualidade onda-partícula) foi inevitável.  

A luz ocupa uma posição intermediária na escala dos comprimentos de ondas, apresenta tanto propriedades ondulatórias como corpusculares.

Meios físicos de propagação: Ao atravessar os corpos, a luz se comporta de diferentes maneiras. De acordo com essa comportamento, podemos classificar os meios físicos como transparente, translúcido e opaco.

• Meio transparente: Permitem a passagem da luz, e os objetos podem ser observados através deles.                               Ex.: o ar, a água, o vidro, o vácuo e cristais perfeitamente sólidos.
• Meio translúcido: Permitem a passagem de uma parte da luz incidente, e por essa razão os objetos não podem ser totalmente observados através  deles.                                           Ex.: as nuvens, o papel vegetal, o vidro fosco e alguns plásticos. 
• Meio opaco: Não permitem a passagem de luz.                          Ex.: a madeira, as superfícies metálicas, a terra, o petróleo e a maior parte das rochas. 
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O que é Óptica?

Óptica é a parte da física responsável pelo estudo dos fenômenos relacionados a luz. Esses fenômenos relacionados a óptica são conhecidos desda antiguidades, onde já eram utilizados cristais de rochas para observar as estrelas. O grande salto no estudo da óptica ocorreu no seculo XVI, quando Galileu Galilei apresentou o primeiro telescópio, em 1609, e Snell Descartes chegou à Lei da Refração.

O trabalho mais importante dessa época foi a medição da velocidade da luz, o valor obtido por Bradley foi: c= 3,08 . 10,0000000000 cm/s, outro importante nome para a evolução no estudo de óptica foi o de Huygens, que em 1678, apresentou a hipótese de que a luz seria uma onda. Uma das teorias de Isaac Newton foi a da variação do índice de refração da luz pela variação da cor, que pode ser observada na dispersão da luz ao passar por um prisma. 

Por volta de 1815, Fresnell explicou a teoria da difração da luz também através da teoria ondulatória. Foucault, que descobria que a velocidade da luz era maior no ar do que na água. Essa descoberta ia de encontro à teoria corpuscular, que afirmava que a velocidade da luz era maior na água do que no ar. Foi James Clark Maxwell a principal evidência de que a luz comportava-se como uma onda eletromagnética, pois ele provou que a velocidade de propagação de uma onda eletromagnética no espaço era igual à velocidade de propagação da luz.

A óptica é dividida em duas partes: a Óptica Geométrica e a Óptica Física, que em breve iremos estudar suas propriedades.