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Índice

Introdução ....................................................................................................................................... 3

Luz .................................................................................................................................................. 4

Leis da reflexão da luz .................................................................................................................... 5

Meios de Propagação: ..................................................................................................................... 5

Meios Transparentes: ...................................................................................................................... 5

Meios Translúcidos: ........................................................................................................................ 5

Meios Opacos:................................................................................................................................. 5

Refracção da luz.............................................................................................................................. 6

Fontes de luz ................................................................................................................................... 6

Princípios da propagação da luz...................................................................................................... 6

Natureza da luz................................................................................................................................ 7

Espelho............................................................................................................................................ 7

Espelho plano .................................................................................................................................. 8

Espelho esférico .............................................................................................................................. 9

Imagens produzidas pelo espelho ................................................................................................... 9

Refracção da luz............................................................................................................................ 10

Lentes delgadas ............................................................................................................................. 12

Equação das lentes delgadas ......................................................................................................... 13

Fórmula de Gauss para lentes delgadas ........................................................................................ 13

Conclusão...................................................................................................................................... 14

Bibliografia ................................................................................................................................... 15

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Introdução

O presente trabalho fala sobre Luz, conceito de espelho e refracção da luz. Na verdade a luz é

uma onda electromagnética, cujo comprimento de onda se inclui num

determinado intervalo dentro do qual o olho humano é a ela sensível. Trata-se, de outro modo,

de uma radiação electromagnética que se situa entre a radiação infravermelha e a radiação

ultravioleta. As três grandezas físicas básicas da luz são herdadas das grandezas de toda e

qualquer onda eletromagnética: intensidade(ou amplitude), frequência e polarização (ângulo de v

ibração).

O espelho é uma superfície que reflecte um raio luminoso em uma direcção definida, em vez de

absorvê-lo ou espalhá-lo em todas as direcções. Por convenção, as distâncias dos objectos são

sempre consideradas positivas e as distâncias das imagens são consideradas positivas para

imagens reais e negativas para imagens virtuais. Enquanto a refracção é o fenómeno

que ocorre com a luz quando ela passar de um meio homogéneo e transparente para outro meio

também homogéneo e transparente, porém diferente do primeiro.

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Luz

Luz é a radiação electromagnética, capaz de provocar sensação visual num observador normal.

Transporta uma energia chamada energia radiante, que é capaz de sensibilizar as células de

nossa retina e provocar a sensação de visão.

A misteriosa natureza da luz sempre foi tema de fascínio para os maiores cientistas do mundo,

despertando controvérsias, polémicas e interpretações conceituais duvidosas que, ao longo do

tempo, foram sendo adaptadas, reformuladas ou mesmo refutadas pela comunidade científica.

O prestígio de lsaac Newton foi responsável pelo fato de a teoria corpuscular da luz (teoria que

admitia que a luz era formada por um feixe de partículas) predominar por muito tempo, mesmo

sem explicar de maneira convincente muitos fenómenos ópticos, como, por exemplo, o caso da

refracção, que recebia uma explicação conceitual coerente com a observação experimental, mas

que chegava à conclusão (que hoje sabemos ser equivocada) de que a luz teria velocidade maior

na água do que no ar.

Por sua vez, a teoria ondulatória da luz, mesmo sem contar com paternidade tão eminente,

conseguia explicar de maneira satisfatória um grande número de fenómenos.

Em 1850, ficou comprovado experimentalmente que a velocidade da luz no ar era maior que na

água e, em 1860, com a teoria electromagnética de Maxwell, ficou sentenciada a estabilidade e a

credibilidade da teoria ondulatória da luz.

Porém, por conta de uma grande ironia da ciência, no final do século XIX, em uma das

experiências com probatórias da teoria ondulatória da luz, descobriu-se o efeito fotoeléctrico, que

ressuscitaria o modelo corpuscular para a luz. Desta maneira, a aceitação de uma natureza dupla

(dualidade onda-partícula) foi inevitável. Hoje, a moderna teoria quântica descreve com

requintes matemáticos o “mundo invisível” das interacções subatômicas sem, contudo, tomar

partido definitivo nesta questão.

A luz ocupa uma posição intermediária na escala dos comprimentos de onda. Apresenta tanto

propriedades ondulatórias como corpusculares.

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Leis da reflexão da luz

1ª lei: O raio incidente, o raio reflectido e a normal em reflexão pertencem ao mesmo plano.

2ª lei: O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de reincidência.

Meios de Propagação:

Meio homogéneo: Apresenta as mesmas propriedades físicas em todos os seus pontos.

Meio isótropo ou isotrópico: As propriedades físicas medidas em um ponto do meio não

dependem da direcção em que são examinadas.

Quando um meio é simultaneamente homogéneo, transparente e isótropo, ele é chamado de

ordinário ou refringente.

Meios Transparentes:

» Permitem a passagem da luz, e os objectos podem ser observados através deles.

Exemplos: o ar, a água, o vidro e os cristais perfeitamente sólidos.

Meios Translúcidos:

» Permitem a passagem de uma parte da luz incidente, e por essa razão os objectos não podem

ser observados totalmente através deles. Só se observam contornos.

Exemplos: o vidro martelado banheiros (usado nos banheiros) e o papel vegetal.

Meios Opacos:

» Não permitem a passagem da luz.

Exemplos: madeira e parede de concreto.

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Refracção da luz

Um raio de luz vindo de um meio opticamente menos denso (exemplo: ar) e incidindo

obliquamente sobre um meio mais denso (exemplo: água), muda de direcção no ponto de

encontro, formando um ângulo. Assim, os raios de sol que incidem sobre uma nuvem vêm numa

direcção e saem em outra; são desviados pelo meio mais denso - nuvem. A luz muda de direcção

devido às diferentes velocidade com que atravessa substâncias diversas. Mas só incidindo

obliquamente sobre a água é que a luz se desvia – se incide perpendicularmente, não muda de

direcção.

Fontes de luz

São fontes capazes de emitir luz. As fontes de luz classificam-se em:

1. Primárias: são as fontes que emitem luz própria, ou seja, a luz que produzem.

As fontes primárias se subdividem em:

Incandescentes: são aquelas que emitem luz em virtude de sua elevada temperatura.

Exemplos: o sol, as lâmpadas de defilamento.

Luminescentes: emitem luz em temperaturas mais baixas. Exemplos: lâmpada

fluorescente (que necessita ser excitada para emitir luz); substâncias fosforescentes, que

reemitem uma fracção da luz que absorveram momentos atrás.

2. Secundárias: são os corpos iluminados, que não possuem luz própria. Constituem a

classe de todos os objectos que, por reflexão, retransmitem a luz que recebem. Exemplos:

as plantas e satélites do sistema solar e de um modo geral, todos os objectos que

enxergamos.

Princípios da propagação da luz

Primeiro princípio: Propagação Rectilínea da Luz

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» Em meios transparentes e homogéneos, a luz se propaga em linha recta.

Segundo princípio: Independência dos Raios Luminosos

» Se dois ou mais raios de luz, vindos de fontes diferentes, se cruzam, eles seguem suas

trajectórias de forma independente, como se os outros não existissem.

Terceiro princípio: Reversibilidade dos Raios Luminosos

» Se um raio luminoso se propaga numa direcção e em sentido arbitrário, outro poderá propagar-

se na mesma direcção e em sentido contrário.

É o que acontece quando olhamos através de um retrovisor e percebemos que alguém nos

observa através dele.

Natureza da luz

Tem característica dupla. Compõe-se de corpúsculos denominados fócons, os quais se propagam

em ondas transversais. É uma partícula subatômica, desprendida por átomos e dotada de alta

energia luminosa, as diferenças de energia dão diferentes de cor. A propagação da luz no vácuo,

é sempre igual, isto é, se processa sempre à mesma velocidade. A mais recente medição da

velocidade da luz, efectuada em 1956 confere à velocidade no valor de 299.792,4km por

segundo. Quando a luz atravessa substâncias materiais, seus raios sofrem ligeiro retardamento,

conforme a substância, conforme também o seu ângulo de saída.

Espelho

Espelho é uma superfície que reflecte um raio luminoso em uma direcção definida, em vez de

absorvê-lo ou espalhá-lo em todas as direcções. Por convenção, as distâncias dos objectos são

sempre consideradas positivas e as distâncias das imagens são consideradas positivas para

imagens reais e negativas para imagens virtuais.

Os raios homogéneos que partem de vários pontos de qualquer objecto e incidem

perpendicularmente ou quase perpendicularmente sobre qualquer plano reflector ou refractor ou

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superfície esférica divergem depois disso de tantos outros pontos ou são paralelos a tantas outras

rectas ou convergem para tantos outros pontos com precisão ou sem erro notável. E o mesmo

acontece se os raios são reflectidos ou refractados sucessivamente por dois ou três ou mais

superfícies planas ou esféricas.

O ponto de onde os raios divergem ou para o qual convergem pode ser chamado foco dos raios.

E, sendo dado o foco dos raios incidentes, o dos raios reflectidos ou refractados pode ser

encontrado determinando-se a refracção de dois raios quaisquer. Onde quer que os raios que

provém de todos os pontos de qualquer objecto se encontrem de novo em um certo número de

pontos depois de convergir por reflexão ou refracção, eles formam uma imagem do objecto em

qualquer corpo branco sobre o qual estão incidindo.

Espelho plano

Em um espelho plano comum, vemos nossa imagem com a mesma forma e tamanho, que parece

encontrar-se atrás do espelho. Essa imagem é enantiomorfa, e se encontra à mesma distância do

objecto ao espelho. No caso de um espelho plano a distância da imagem, i, é sempre igual em

módulo a distância do objecto, p.

Os raios que partem de um objecto, diante de um espelho plano, reflectem-se no espelho e

atingem nossos olhos. Assim, recebemos raios luminosos que descreveram uma trajectória

angular e temos a impressão de que são provenientes de um objecto atrás do espelho, em linha

recta, isto é, mentalmente prolongamos os raios reflectidos, em sentido oposto, para trás do

espelho.

Equação do espelho plano:

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Espelho esférico

Espelhos esféricos têm a forma de uma pequena secção da superfície de uma esfera. Na verdade,

um espelho plano pode ser considerado um espelho esférico com um raio de curvatura infinito.

1. O centro de curvatura C (o centro da esfera a qual pertence a superfície do espelho)

estava a uma distância infinita no caso do espelho plano; agora está mais próximo, a

frente do espelho;

2. O campo de visão (a extensão da cena vista pelo observador) diminui em relação ao

espelho plano;

3. A distância da imagem aumenta em relação ao espelho plano;

4. O tamanho da imagem aumenta em relação ao espelho plano.

Para fazer um espelho convexo encurvamos para fora a superfície do espelho, causando as

seguintes modificações no espelho e na imagem:

1. O centro de curvatura agora está atrás do espelho;

2. O campo de visão aumenta em relação ao espelho plano;

3. A distância da imagem diminui em relação ao espelho plano;

4. O tamanho da imagem diminui em relação ao espelho plano.

Imagens produzidas pelo espelho

Os espelhos convexos e planos produzem apenas imagens virtuais, independentemente da

localização do objecto. O tamanho de um objecto ou imagem, medido perpendicularmente ao

eixo central do espelho, é chamado de altura do objecto ou imagem. Seja h a altura de um

objecto e H a altura da imagem correspondente. Neste caso a razão H/h é chamada de ampliação

lateral do espelho, representada por m. Por convenção, ampliação lateral é um número positivo

quando a imagem tem a mesma orientação que o objecto, e um número negativo quando a

imagem tem a orientação oposta. Por essa razão, a expressão de m é escrita

, Também dada por .

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Ampliação lateral=1 significa que a imagem e o objecto são do mesmo tamanho; o sinal positivo

significa que a imagem e o objecto têm a mesma orientação.

Em espelhos convexos (curvada como uma esfera) a imagem no espelho (virtual) é sempre

menor. No entanto, pelo espelho côncavo pode ser alcançada uma imagem aumentada (real) de

reflexão. A imagem é gerada no plano de curvatura e dependente da distância focal.

Refracção da luz

A refracção é o fenómeno que ocorre com a luz quando ela passar de um meio homogéneo e

transparente para outro meio também homogéneo e transparente, porém diferente do primeiro.

Nessa mudança de meio, podem ocorrer mudanças na velocidade de propagação e na direcção de

propagação.

Meio homogéneo: é o meio no qual todos os pontos apresentam as mesmas propriedades físicas,

como a densidade, pressão e temperatura. Meio transparente: é o meio através do qual

podemos visualizar nitidamente os objectos. Meio isotrópico: é o meio no qual a velocidade da

luz é a mesma em qualquer que seja sua direcção de propagação. Índice de refracção absoluto

O fato de a velocidade de propagação da luz depender do meio possibilita caracterizá-lo

opticamente. Isso é entendido com uma propriedade óptica do meio e recebe o nome de índice de

refracção absoluto. Seu valor é dado pela seguinte relação:

No vácuo a luz não encontra dificuldade para se propagar. Portanto o índice de refracção

absoluto do vácuo é sempre 1. No ar a dificuldade da luz para se propagar é baixa. Assim para

resolvermos exercícios podemos considerar o índice de refracção também igual a 1. Nos demais

meios a luz tem dificuldade considerável para se propagar por isso o índice de refracção da luz

nesses casos é maior que 1. Uma observação entre dois meios considerados é que aquele que

apresentar maior índice de refracção será dito mais refringente e o que apresentar menor índice

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de refracção será o menos refringente. Outra observação importante deve ser feita quando a luz,

propagando-se num meio, passa para outro e muda de direcção aproximando-se da recta normal

(N). Nessa situação sua velocidade de propagação é menor no segundo meio

Se a passagem da luz ocorre no sentido inverso, com velocidade de propagação maior no

segundo meio, a luz afasta-se da reta normal (N). Veja as figuras abaixo:

Aproxima-se da normal – V1 > V2

Afasta-se da normal – V1 < V2

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Lentes delgadas

As lentes podem ter uma grande variedade de formas. Uma lente é normalmente um sistema

óptico constituído por dois ou mais dioptros um dos quais pelo menos é curvo. As superfícies

não planas tem os respectivos centros de curvatura sobre um eixo comum. São quase sempre

esféricas e frequentemente revestidas de filmes dieléctricos que permitem controlar a sua

transmissão.

Uma lente constituída por um só elemento (dois dioptros) é uma lente simples. Uma lente

composta é constituída por vários elementos (dioptros).

As lentes podem ser classificadas de acordo com a sua espessura, sendo as convexas,

convergentes ou positivas as lentes mais espessas no centro e que tendem a fazer diminuir o raio

de curvatura das frentes de onda incidentes (pressupondo-se que o índice da lente é superior ao

do meio em que esta se encontra).

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Por outro lado, as lentes côncavas, divergentes ou negativas são mais finas no centro, e facilitam

um avanço mais rápido da frente de onda nessa zona, aumentando o raio de curvatura e fazendo-

a divergir mais acentuadamente.

Equação das lentes delgadas

Fórmula de Gauss para lentes delgadas

A distância a qual se forma a imagem é aproximadamente igual a f. Quando a lente se aproxima

de so, si deve ser ajustado de modo a manter sempre a nitidez da imagem e si vai, portanto,

aumentar. Quando só se aproxima de f a imagem do filamento só se obtém com afastamento

significativo do alvo. Para só <f não se consegue obter mais que uma mancha, seja qual for a

distância a que se intersecta o feixe de raios divergentes – a imagem é agora virtual.

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Conclusão

Ao chegar o fim deste trabalho, podemos dizer que, tanto para o estudo da luz e espelho em

física, é muito importante porque, se formos a ver a causa da reflexão não é o choque da luz

com as partes sólidas ou impenetráveis dos corpos, como se acredita. Os corpos reflectem e

refractam a luz em virtude de uma mesma força, exercida variadamente em variadas

circunstâncias. Os estados de fácil reflexão são os retornos da tendência de qualquer raio para ser

reflectido; aos de sua tendência para ser transmitido, estados de fácil transmissão; e ao espaço

que se sucede entre cada retorno e o retorno seguinte, intervalo de seus estados. O motivo pelo

qual as superfícies de todos os corpos espessos transparentes reflectem parte da luz que sobre

eles incide e refractam o restante é que alguns raios, em sua incidência, estão em estados de fácil

reflexão e outros em estados de fácil transmissão.

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Bibliografia

Silva, C. & Martins R. "Nova teoria sobre luz e cores: uma tradução comentada", Revista

Brasileira de Ensino de Física18(4): 313-27, 1996.

Cohen, B. & Westfall, R. Newton: textos, antecedentes e comentários, Contraponto/EdUerj: Rio

de Janeiro, 2002.

Newton, I. Óptica, EDUSP: São Paulo, 1996.

HALLIDAY, RESNICK & WALKER, Fundamentos de Física, vol. 4, 8 edição