Óptica
É a parte da Física que estuda a luz e os fenômenos luminosos.
Representaremos a luz através de raios luminosos, que são segmentos de reta orientados que indicam a direção de propagação da luz.
Um conjunto de raios luminosos é chamado de feixe ou pincel luminoso.
Princípio da propagação retilínea da luz
Princípio da independência dos raios de luz
Velocidade da luz
A luz possui a maior velocidade de tudo que é conhecido no universo.
No vácuo, sua velocidade (c) é de aproximadamente 300.000 Km/s ou 3.108 m/s!
Essa velocidade permitiria que um objeto, com velocidade igual a da luz, desse aproximadamente 8 voltas em torno do planeta Terra em apenas 1 segundo!
O ano-luz
O ano-luz é uma unidade bastante utilizada em Astronomia, que é a distância percorrida pela luz no vácuo durante um ano.
Sabendo que aproximadamente 1 ano = 365 dias, que 1 dia = 24 horas e que 1 hora = 3600 segundos, temos para o ano-luz: 1 ano-luz: aproximadamente 9.460.730.472.580.800 metros!
Importante: ano-luz é medida de distância, embora possa parecer
uma medida de tempo! Estrela Alpha Centauri: 4,2 anos-luz
Fontes de luz
Fonte primária ou corpo luminoso:
É todo corpo que emite luz própria;
Exemplos: o Sol, as estrelas, uma lâmpada acesa, a chama
Fontes de luz
Fonte secundária ou corpo iluminado:
É todo corpo que não possui luz própria; apenas reflete a luz de uma fonte primária.
Exemplos: os objetos em geral, as plantas, a Lua, as nuvens, o nosso corpo,
Como enxergamos os objetos?
Em um ambiente completamente escuro não é possível enxergar os objetos que não emitem luz própria; só podemos enxergá-los se forem iluminados por uma fonte de luz primária. Quando os raios luminosos de uma fonte de luz atingem um objeto, uma parte desses raios podem ser refletidos. Só enxergamos o objeto quando esses raios chegam a nossos olhos. Os raios de luz estão sempre dirigidos do objeto para o olho, como ilustrado ao lado.
Meios de propagação da luz
Meio transparente – permite a passagem da luz, deixando ver com
nitidez através dele.
Em seu interior os raios de luz percorrem trajetórias regulares, até chegarem ao olho do observador.
Exemplos:
vidro hialino (transparente) ar atmosférico
Meios de propagação da luz
Meio translúcido – permite a passagem da luz, mas não deixa ver
com nitidez através dele.
Em seu interior os raios de luz percorrem trajetórias irregulares, até chegarem ao olho do observador.
Exemplos:
papel vegetal
Meios de propagação da luz
Meio opaco – não permite a passagem de luz através dele.
Em seu interior a luz não se propaga e o observador não enxerga o objeto do outro lado.
Exemplos:
parede de tijolos
papelão
Sombra e penumbra
As sombras são regiões com ausência total de luz, e a sua formação é explicada pelo fato da propagação retilínea da luz.
Vejamos o esquema abaixo: uma fonte pequena (puntiforme) de luz ilumina um objeto opaco; a região atrás do objeto não recebe luz sendo, portanto, uma região de sombra, que pode ser projetada em um anteparo.
Sombra e penumbra
Caso a fonte de luz seja uma fonte extensa teremos, além da formação da sombra, uma região em torno à “meia-luz”, ou seja, pouco iluminada.
Cores dos objetos
Isaac Newton, em seus estudos, mostrou que a luz branca emitida pelo Sol é na verdade uma luz composta de várias cores (policromática).
Quando todas essas cores atingem nossos olhos, elas produzem a sensação visual da cor branca.
A decomposição da luz branca pode ser feita fazendo a luz solar incidir sobre um prisma. Isaac Newton
Arco-íris
O arco-íris mostra exatamente a decomposição da luz branca; é um
fenômeno que acontece naturalmente na atmosfera.
A luz branca é composta de infinitas cores; por simplificação classificam-se sete
cores: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta, que são vistas no arco-íris.
Cores primárias de luz
Não são necessárias as sete cores do arco-íris se misturarem para enxergarmos a cor branca. Bastam três: azul, vermelho e verde.
Essas três cores, chamadas cores primárias de luz, são suficientes para causar a sensação visual da luz branca. Esse sistema de cores aditivas é chamado RGB (red green blue), e é utilizado amplamente em computação; dosando essas três cores, são feitas todas as cores que enxergamos na tela do celular, do computador, do tablet, e da televisão.
Importante!
Quando estamos falando de corantes, a coisa muda um pouco, afinal não estamos falando de luz, mas de pigmentos. As cores primárias passam a ser o ciano, o magenta e o amarelo. Esse sistema é utilizado nas impressoras ao realizar uma impressão colorida em papel.
O sistema é um sistema subtrativo, onde se removem cores para chegar ao tom desejado.
Cores dos objetos: luz e visão
A cor apresentada por um objeto, ao ser iluminado, depende do tipo de luz que ele reflete e que chega aos olhos do observador.
Um corpo é visto como branco quando reflete todas as cores componentes da luz branca, e um corpo é visto como negro quando absorve todas as cores que nele incidem. Essa “ausência de cor”, quando nenhuma luz é refletida e chega a nossos olhos, é a cor preta.
Um objeto que é visto como vermelho reflete somente a luz vermelha; um objeto verde reflete somente a luz verde; um objeto azul reflete somente o azul, etc.
Cores dos objetos: luz e visão
Como já vimos, um objeto vermelho tem a capacidade de refletir somente a cor vermelha; um objeto amarelo somente reflete amarelo, um objeto azul somente reflete azul, e um objeto verde somente reflete o verde.
Qualquer outra cor que ele seja iluminado será absorvida e ele será visto como preto. Na figura, um objeto violeta iluminado por verde
será visto como preto, pois , por ser violeta, o objeto reflete somente o violeta, e absorverá o verde.
Da mesma forma, um objeto azul iluminado por amarelo será visto como preto; um objeto verde iluminado por laranja será visto como preto, etc.
Cores dos objetos: luz e visão
Em contrapartida, um objeto branco reflete todas as cores. Ao iluminar um objeto branco com luz vermelha, ele será visto como vermelho; ao iluminá-lo com luz azul, ele será visto como azul; ao iluminá-lo com luz roxa, ele será visto na cor roxa, etc.
Moral da história: a cor de um objeto depende da luz que o ilumina.
Exemplo: Um fotógrafo, que ainda gostava de trabalhar com filmes fotográficos, entrou em um quarto escuro para revelar suas fotos, levando uma caixa contendo quatro bolas, cada uma com uma cor diferente, que, sob a luz do Sol, apresentavam as cores preta, branca, vermelha e verde. No quarto, a iluminação era realizada
apenas por uma luz vermelha. Ao olhar novamente as quatro bolas na caixa, ele notou as seguintes cores:
a) Preta, preta, vermelha e preta. b) Preta, branca, vermelha e verde. c) Preta, vermelha, vermelha e preta. d) Branca, branca, branca e vermelha.
e) Vermelha, vermelha, vermelha e vermelha.
Resposta: letra C – preta, vermelha, vermelha e preta.
A luz do Sol é a luz branca, que é a composição de todas as cores. Assim, quando iluminadas pela luz vermelha:
a bola preta continuará sendo preta;
a branca, que reflete todas as cores, refletirá o vermelho; a bola vermelha continuará vermelha;
Câmara escura de orifício
Trata-se do princípio de funcionamento de uma máquina fotográfica, baseado na propagação retilínea da luz. Todos os infinitos raios de luz que são emitidos pelo objeto a ser projetado, passam através de um pequeno orifício e atingem a parte interior oposta da câmara. Com isso a luz que sai do ponto superior do objeto atingirá a parede oposta no ponto inferior da imagem projetada, formando uma imagem invertida, conforme a figura.
O mesmo acontece nas partes laterais, trocando a direita pela esquerda (imagem reversa).
Câmara escura de orifício
Por meio da ferramenta matemática conhecida como semelhança de triângulos, é possível relacionar os elementos:
distância do objeto à câmara (p) profundidade da câmara (p’) tamanho do objeto (o) tamanho da imagem (i).
i
o
=
p´
Exemplo 1: Um objeto o de comprimento 4,0 cm projeta uma imagem i em uma câmara escura de orifício, como indicado na figura.
Determine o comprimento de i, em centímetros.
Resolução: i o
=
p´ p i 4=
20 50 50 . i = 80 i = 80 50 i = 1,6 cmExemplo 2: O edifício Monumental, localizado em um shopping de São Luís-MA, iluminado pelos raios solares, projeta uma sombra de comprimento L = 80 m. Simultaneamente, um homem de 1,80 m de altura, que está próximo ao edifício, projeta uma sombra de L = 3,20 m.
O valor correspondente, em metros, à altura do prédio é igual a: a) 50,00. b) 47,50. c) 45,00. d) 42,50. e) 40,00. Resposta: letra C h 80
