curso e colégio ideologia - disciplina de fÍsica · 2020. 8. 12. · - optica fisiolÓgica. 2-...
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DISCIPLINA DE FÍSICA
PROFESSOR MARCOS AURÉLIO
ÓPTICA – INTRODUÇÃO A ÓPTICA
UNIDADE 1: INTRODUÇÃO A ÓPTICA (RESUMO 1)
1- ÓPTICA:
Constitui a divisão da Física que estuda a LUZ e os FENÔMENOS LUMINOSOS. Por questões didáticas, tem seu estudo subdividido nas seguintes áreas: - ÓPTICA GEOMÉTRICA. - ÓPTICA FÍSICA. - OPTICA FISIOLÓGICA.
2- APLICAÇÕES DA ÓPTICA:
Os estudos de óptica apresentam variadas aplicações que passam: - na oftalmologia pela compreensão de como a imagem se forma no globo ocular, quais os defeitos de visão e como podemos corrigi-los; - na confecção de instrumentos ópticos, tais como, as lupas, telescópios e microscópios ópticos, periscópios, lunetas, binóculos e similares; - na tecnologia de transmissão de dados por meio fibras óticas; - na medicina diagnóstica através de endoscópios na gastrenterologia, de ortoscópios na oftalmologia, de otoscópio no otorrinolaringologia dentre outros; - na astronomia através do estudo da luz emitida ou refletida por sistemas cósmicos, como estrelas e planetas; - em inúmeras áreas do cotidiano.
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ÓPTICA GEOMÉTRICA: Constitui o estudo da descrição geométrica dos fenômenos luminosos, tais como os fenômenos da reflexão e refração da luz, sem se ocupar com o estudo da natureza física da luz. No estudo da óptica geométrica são estudadas a trajetórias dos “raios” ou dos “feixes” de luminosos, os ângulos de incidência, reflexão e refração, bem como a velocidade com que a luz se propaga, dentre outros aspectos.
ÓPTICA FÍSICA: Constitui o estudo da natureza física da luz, ou seja, estuda o que é a luz. Na óptica física são estudados os modelos corpuscular e ondulatório da luz, os quais a descrevem como possuidora de uma natureza dualística, ou seja, para uma grande variedades de fenômenos ópticos, a luz é considerada uma onda eletromagnética, enquanto, que para alguns fenômenos como o efeito fotoelétrico a luz é concebida como um conjunto de “pacotes unitários de energia radiante”, denominados fótons, os quais podem ser considerados como “corpúsculos” de luz.
ÓPTICA FISIOLÓGICA: Constitui o estudo dos fenômenos luminosos associados ao sentido da visão. A óptica fisiológica estuda a formação da imagem nos olhos emetropes (visão normal) e nos olhos ametropes (acometidos de algum defeito de visão, tais como: a miopia, hipermetropia, presbiopia, astigmatismo e estrabismo.
3- CONCEITOS ONDULATÓRIOS:
A luz é uma forma de energia radiante que se propaga por meio de ondas eletromagnéticas, sendo assim, devemos compreender alguns conceitos e aspectos associados as ondas.
3.1- ONDAS:
Podemos considerar que uma onda é uma perturbação que propaga energia sem deslocar matéria.
Podemos considerar que a medida em que a onda se propaga no eixo (x) (dimensão horizontal), as partículas assinaladas acima oscilarão para cima e para baixo no eixo (y) (dimensão vertical), não sofrendo deslocamento no eixo (x).
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3.2 ELEMENTOS DE UMA ONDA:
Os principais elementos de uma onda são: o comprimento de onda, o período de onda, a amplitude da onda, a frequência de oscilação da onda, a velocidade de propagação da onda e a energia associada a onda.
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3.3- CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS:
Os diferentes tipos de ondas podem ser classificados segundo alguns critérios, tais como: quanto a natureza física da onda , quanto as dimensões de propagação da onda, quanto a relação entre as direções de oscilação e propagação da onda.
1° CRITÉRIO DE CLASSIFICAÇÃO: quanto a
natureza física da onda, essas são classificadas em
ondas mecânicas e eletromagnéticas.
ONDA MECÂNICA: Onda que se propaga apenas
em meios materiais através da agitação das
partículas. Exemplos: pulsos numa corda, ondas na
superfície de um líquido, som, infrassom, ultrassom, etc.
ONDA ELETROMAGNÉTICA: Onda que se propaga
no vácuo e em alguns meios materiais estando associada
a oscilação de um campo eletromagnético. Exemplos: luz
visível, raios ultravioletas, raios infravermelhos, raios X,
raios gama, raios cósmicos, etc.
2° CRITÉRIO DE CLASSIFICAÇÃO:
Quanto as Direções de Vibração e
Propagação.
ONDA LONGITUDINAL: Onda na qual as
direções de propagação e oscilação (vibração)
coincidem. Exemplos: som, mola oscilando
longitudinalmente, etc.
ONDA TRANSVERSAL: Onda na qual as
direções de propagação e de oscilação (vibração)
são perpendiculares. Exemplos: todas as ondas
eletromagnéticas, corda oscilando
transversalmente, etc.
3° CRITÉRIO DE CLASSIFICAÇÃO: Quanto
a Direção de Propagação.
ONDA UNIDIMENSIONAL: Onda que se
propaga em uma direção. Exemplo: pulso numa
corda.
ONDA BIDIMENSIONAL: Onda que se
propaga em duas direções. Exemplo: ondas
circulares na superfície de um líquido.
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ONDA TRIDIMENSIONAL: Onda que se propaga em
três direções. Exemplo: som.
4- ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO:
Constitui um conjunto de radiações eletromagnéticas ordenadas de acordo com suas frequências oscilatórias ou de comprimento de onda.
5- LUZ VISÍVEL:
Constitui uma forma de energia radiante que se propaga através de ondas eletromagnéticas, transversais e tridimensionais com frequência oscilatória que varia de 400 THz a 790 THz (terahertz) e velocidade de propagação no vácuo igual a 300 000 km/s (300 000 000 m/s).
LUZ VISÍVEL
Cor Frequência Comprimen
to de onda
violeta 668–
789 THz 380–450 nm
azul 606–
668 THz 450–495 nm
verde 526–
606 THz 495–570 nm
amarelo 508–
526 THz 570–590 nm
Laranja 484–
508 THz 590–620 nm
vermelho 400–
484 THz 620–750 nm
6- VELOCIDADE DA LUZ:
A luz, assim como todo onda eletromagnética apresenta uma
velocidade de propagação no vácuo aproximadamente igual a
(300 000 km/s) ou (300 000 000 m/s).
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7- FONTE DE LUZ:
Constituem todos os sistemas físicos capazes de emitir luz
própria (corpos luminosos ou fontes primárias de luz) ou refletir
luz (corpos iluminados ou fontes secundárias de luz).
As fontes de luz primárias são classificadas
conforme o esquema abaixo:
FONTE DE LUZ PRIMÁRIA INCANDESCENTE:
Emitem luz sob elevadas temperaturas.
FONTE DE LUZ PRIMÁRIA LUMINESCENTE:
Emitem luz sob baixas temperaturas. São
subdivididas em fluorescente s e fosforescentes.
FONTES PRIMÁRIAS DE LUZ LUMINESCENTES
FLUORESCENTES: Emitem luz sob baixas
temperaturas na presença de um agente
excitador. (corrente elétrica nas lâmpadas
fluorescentes e de LED)
FONTES PRIMÁRIAS DE LUZ LUMINESCENTES
FOSFORESCENTES: Emitem luz sob baixas
temperaturas mesmo na ausência de um agente
excitador. (biofosforescência no vagalume,
fosforescência no sulfeto de zinco)
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8- RAIO LUMINOSO:
Constitui o ente geométrico que permite representar a
direção e o sentido de propagação da luz. (não possui
existência real).
9- FEIXE LUMINOSO:
Constitui um conjunto de raios de luz.
10- PONTOS LUMINOSOS:
PONTO OBJETO: São os vértices do feixe
luminoso incidente.
Ponto objeto real
Ponto objeto virtual
Ponto objeto impróprio
PONTO IMAGEM: São os vértices do feixe
luminoso emergente.
Ponto imagemrealPonto imagemreal
Ponto imagemvirtual
Ponto imagem impróprio
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11- FENÔMENOS LUMINOSOS:
Existem vários fenômenos físicos que ocorrem quando a
luz se propaga tais como: reflexão, difusão, refração,
absorção, difração, polarização, efeito fotoelétrico. A
princípio, destacamos para estudo os seguintes
fenômenos:
12- MEIOS ÓPTICOS:
Constituem os meios materiais nos quais a luz interage.
MEIO ÓPTICO TRANSPARENTE: Permite a passagem dos raios de luz com desvios pouco
acentuados, possibilitando uma nítida visualização através
dos mesmos. (vidro transparente, água limpa em repouso).
MEIO ÓPTICO TRANSLÚCIDO: Permite a passagem dos raios de luz com desvios bem
acentuados, o que possibilita uma visualização não nítida
através dos mesmos. (vidro martelado, canelado, fosco,
água limpa em movimento -cascata).
MEIO ÓPTICO OPACO: Não permite a passagem dos raios de luz, o que
impossibilita a visualização através dos mesmos.
(alvenaria, pedra,etc).
13- PRINCÍPIOS DA ÓPTICA
GEOMÉTRICA:
Constituem os princípios físicos sob os quais se
assentam os estudos da óptica geométrica.
PRINCÍPIO DA PROPAGAÇÃO RETILÍNEA DA
LUZ: Nos meios ópticos transparentes a luz se propaga
em linha reta.
A projeção da sombra (S) de um corpo (C) por uma
fonte (F) sobre um anteparo (A) evidencia que a
luz se propaga em linha reta.
Os eclipses são explicados por meio da
propagação retilínea da luz.
SOL
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PRINCÍPIO DA INDEPENDÊNCIA DOS RAIOS
DE LUZ: Quando raios de luz se cruzam, cada um deles
segue seu trajeto como se os outros não
existissem.
A projeção de imagens invertidas nas câmaras escuras de
orifício são explicadas pela propagação retilínea da luz.
PRINCÍPIO DA REVERSIVILIDADE DO
CAMINHO ÓPTICO: A trajetória seguida pela luz independe do sentido
de sua propagação.
EXEMPLO:
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14- SOMBRA E PENUMBRA:
Quando a fonte de luz é extensa (AB), definem-se a
região da sombra, que não recebe luz, e a região de
penumbra, parcialmente iluminada.
Quando a fonte de luz é pontual, define-se a região de
sombra, que não recebe luz.
EXEMPLO:
15- ECLIPSES:
Constituem alinhamentos astronômicos nos quais
ocorre projeção da sombra de um dado astro na
superfície do outro.
ECLIPSE SOLAR: Ocorre quando a sombra da Lua (lua nova) é projetada
na face da Terra.
ECLIPSE LUNAR: Ocorre quando a sombra da Terra é projetada na face
da Lua (lua cheia).
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O eclipse solar é um fenômeno astronômico que
ocorre quando o Sol é ocultado totalmente ou
parcialmente pela projeção da sombra da Lua sobre a
face da Terra. Esse fenômeno astronômico ocorre
sempre que o Sol, o planeta Terra e o satélite natural
Lua se encontram próximos ou em perfeito
alinhamento, de tal modo, que a Lua encontra-se
entre o Sol e o planeta Terra e essa se encontra na
fase de lua nova.
O eclipse lunar é um fenômeno astronômico
que ocorre quando a Lua é ocultada
totalmente ou parcialmente pela projeção da
sombra do planeta Terra sobre a face da Lua.
Esse fenômeno astronômico ocorre sempre
que o Sol, o planeta Terra e o satélite natural
Lua se encontram próximos ou em perfeito
alinhamento, de tal modo, que o planeta
Terra encontra-se entre o Sol e a Lua e essa
se encontra na fase de lua cheia.
16- CORES:
A luz branca é policromática, ou seja, é constituída por
uma infinidade de luzes monocromáticas, as quais, podem
ser divididas em sete cores principais:
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Em termos de luz as CORES PRIMÁRIAS são a luzes
monocromáticas de cores AZUL, VERMELHO E VERDE.
Em termos de luz as CORES SECUNDÁRIAS são a luzes
monocromáticas de cores LARANJA, AMARELO, ANIL,
VIOLETA,.....
As cores dos sistemas físicos estão associadas a
luzes monocromáticas que esses sistemas são
capazes de refletir.
Num recinto à prova de luz externa,
iluminado por uma fonte luminosa
vermelha, está um indivíduo de visão
normal. Sobre uma mesa estão dois
discos de papel, sendo um branco e
outro azul (sob luz solar). Os discos têm
a mesma dimensão e estão igualmente
iluminados pela fonte de luz vermelha.
Em que cores o indivíduo observará os
discos?
EXEMPLO:
Resposta: O disco branco é visto
vermelho, pois, se esse disco é
branco é porque o mesmo reflete
todas as cores, inclusive a luz
monocromática vermelha. O disco
azul parecerá negro. pois, por ser
azul esse reflete apenas a luz
monocromática azul, a qual não está
presente na luz emitida pela fonte
luminosa vermelha.