Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

Introdução à Óptica Geométrica

raio de luz: linha orientada que representadaa direção e o sentido de propagação da luz

Obs.: o espectro eletromagnético

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Feixes de luz

paralelo ou cilíndrico. Exemplo: raios do Sol que atingem a Terra

Conjunto de raios de luz. Os feixes podem ser classificados em:

convergente ou cônico convergente. Exemplo: feixe que emergede uma lupa (lente convergente)

divergente ou cônico divergente. Exemplo: feixe que emerge dachama de uma vela.

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Fontes de luz

Fonte primária ou corpo luminoso: envia a luz que ela própria produz.

Fonte de luz é todo corpo do qual se pode receber luz. Pode ser:

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Bioluminescência é a emissão de luz fria e visível por organismos vivos. Ela ocorreem variados organismos (bactérias, fungos, algas, peixes etc), principalmente no ambientemarinho. No ambiente terrestre ela ocorre em fungos, anelídeos, moluscos e principalmente nosinsetos.

A bioluminescência é gerada por reações químicas altamente exotérmicas, catalisadasenzimaticamente, nas quais a energia das ligações químicas de compostos orgânicos éconvertida preferencialmente em luz visível (ela ocorre nas células conhecidas como fotócitos,onde a proteína luciferina reage com a enzima luciferase).

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Obs.: os dinoflagelados são algas protistas unicelulares, geralmente marinhos e dotadosde 2 flagelos desiguais. Constituem importantes componentes dos fitoplâncton. Algunsgêneros de dinoflagelados apresentam o fenômeno de bioluminescência, que faz o brilho daságuas dos oceanos no período noturno.

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Fonte secundária ou corpo iluminado: envia a luz que recebe de outros corpos.

Fonte puntiforme ou pontual: quando suas dimensões são desprezíveis quandocomparadas às distâncias envolvidas.

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Fonte extensa: quando suas dimensões não são desprezíveis (são consideráveis)quando comparadas às distâncias envolvidas.

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Luz monocromática: formada por apenas uma cor. Ex.: luz verde.

Luz policromática: formada por 2 cores ou mais (existem fontes que emitemsimultaneamente 2 ou mais tipos de luzes monocromáticas). Exemplo: luz branca emitidapelo Sol.

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Obs.: disco de Newton

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Ano-luz

A velocidade de propagação da luz no vácuo é constante e igual a c = 300 000 km/s(ou 3 . 108 m/s). A distância que ela percorre no vácuo durante um ano é chamada de ano-luz.Supondo que 1 ano terrestre tenha aproximadamente 3,16 . 107s, então um ano-luz vale:

8 7 15v= . 3.10 .3,16.10 9,5.10S

S v t S mt

Obs.: o ano-luz também nos fornece o tempo que a luz leva, no vácuo, para percorrer adistância apresentada

o recorde do Hubble é a galáxia GN-z11,situada a 32 bilhões de anos-luz

desvio para o vermelho

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Classificação dos meios Meio transparente: aquele em que a luz se propaga segundo trajetórias regulares.

Exemplo: vidro comum, ar, água em pequenas camadas.

Meio translúcido: aquele em que a luz se propaga segundo trajetórias irregulares, nãopermitindo a visualização nítida dos objetos. Exemplo: vidro fosco, papel de seda, neblina.

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Meio opaco: aquele que não permite a propagação da luz. Exemplo: madeira.

Obs.: a fotossíntese é um processo onde ocorre a absorção de luz.As folhas das plantas possuem células fotossintetizadoras, que contêm clorofila e são

muito sensíveis à luz. Quando a luz incide em uma molécula de clorofila, esta absorve parte daenergia luminosa, que permite a reação do gás carbônico com a água, produzindo carboidratos eoxigênio.

Este é um processo em que a planta acumula energia a partir da luz para uso noseu metabolismo, formando adenosina tri-fosfato, o ATP, a moeda energética dos organismosvivos.

2 2 2 2 6 12 612 6 6 6H O CO O H O C H O

luz

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A luz é uma onda eletromagnética que transporta energia e que emana dos elétronsoscilantes existentes nos átomos. Quando a luz se transmite através da matéria, alguns doselétrons são forçados a oscilar. Dessa maneira, as oscilações do emissor são transformados emoscilações no receptor, tal como ocorre nas ondas sonoras.

Materiais transparentes

A maneira como um material receptor responde à incidência da luz depende dafrequência da própria luz e da frequência natural dos elétrons do material. Para isso, visualizeos elétrons nos átomos dos materiais transparentes como se eles estivessem ligados aosnúcleos por meio de molas.

As frequências naturais de oscilação de um elétron dependem de quão fortemente eleestá ligado a seu átomo ou molécula. Diferentes átomos ou moléculas possuem diferentes“constantes elásticas”. Os elétrons nos átomos de vidro, por exemplo, possuem uma frequêncianatural de vibração que se situa na faixa do ultravioleta. Portanto, quando o ultravioleta incidesobre o vidro, ocorre a ressonância e as vibrações dos elétrons alcançam grandes amplitudes.

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A energia que um átomo de vidro recebe ou é reemitida ou transferida para seusvizinhos por meio de colisões. Os átomos ressonantes do vidro conseguem reter consigo aenergia do ultravioleta por um tempo muito longo. Durante este tempo, os átomos executammuitas oscilações, colidindo com seus vizinhos e descartando a energia como calor. Assim, ovidro não é transparente ao ultravioleta.

Em frequências de ondas mais baixas, como a luz visível, os elétrons do vidro sãocolocados em vibração, mas com uma amplitude menor. Os átomos retém energia por menostempo, havendo menor chance de colisão com os átomos vizinhos e menos transferência deenergia na forma de calor. A energia dos elétrons oscilantes é então reemitida como luz. Afrequência da luz reemitida e que passa de átomo para átomo é idêntica à frequência da luz queiniciou a oscilação. No entanto, existe um pequeno tempo de atraso entre a absorção e aemissão. Deste tempo de atraso resulta uma rapidez média mais baixa para a luz que atravessaum material transparente.

O infravermelho faz vibrar não apenas os elétrons, mas também átomos ou moléculasinteiras da estrutura do vidro. Essas vibrações aumentam a energia interna e a temperatura daestrutura, motivo pelo qual o infravermelho é conhecido como onda de calor. O vidro étransparente à luz visível, mas não ao ultravioleta e ao infravermelho.

Materiais opacos absorvem a luz sem reemiti-la. As vibrações comunicadas aosseus átomos são transformadas em energia cinética aleatória – ou seja, em energia interna,tornando-os ligeiramente mais quentes.

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A cor de um corpoA cor que um corpo apresenta é aquela que ele reflete difusamente.

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Princípios da Óptica Geométrica

a) Princípio da propagação retilínea da luzNos meios homogêneos e transparentes, a luz se propaga em linha reta.

b) Princípio da independência dos raios de luzCada raio de luz se propaga em um meio, independentemente de qualquer outro

raio.

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A: brancoB: azulC: verdeD: vermelho

ciano

magenta

filtro: elemento óptico que transmite a luz

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Uma decorrência dos princípios da Óptica Geométrica é a chamada reversibilidade da luz:A trajetória seguida pela luz não depende de seu sentido de percurso.

as pessoas se enxergam pelo espelho

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Sombra

umbra

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Penumbra

Obs.: uma única fonte puntiforme não gera penumbra

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Eclipses Eclipse solar: quando os cones de sombra e de penumbra da Lua, determinados pelo Sol,

interceptam a superfície da Terra.

eclipse solar total eclipse solar parcial

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Eclipse anular do Sol: quando é possível ver apenas a parte periférica do disco solar, umavez que a parte central está encoberta pela Lua.

antumbra

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Eclipse total da Lua: quando a Lua penetra no cone de sombra da Terra.

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Fases da LuaA Lua gira em torno da Terra completando uma volta em aproximadamente 27,3 dias.

durante o dia inicialmente

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Obs.: a chamada lua azul ocorre quando temos duas luas cheias no mesmo mês

Obs.: a superlua ocorre quando a Lua está em seu perigeu na fase de lua cheia

fica aparentemente 14% maior e 30% mais brilhante

eclipse solar => lua nova eclipse lunar => lua cheia

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Obs.: por que a lua crescente tem um aspecto de letra “c” no hemisfério sul?

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A Lua possui a chamada rotação sincronizada. Seu período de translação (revolução) éigual ao período de rotação. Como consequência desse fato, existe um lado da Lua que não évisto de nenhum ponto da Terra.

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Câmara escura de orifícioUma caixa de paredes opacas com um pequeno orifício.

i/o = p’/p