Óptica. Feixe de Raios Paralelos: A luz do sol que atinge a terra pode ser considerada um feixe de raios paralelos.

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1 Óptica Os fenômenos ópticos que observamos através do nosso aparelho de visão (Olho Humano) são todos devidos às propriedades da luz. Para estudarmos a óptica, ou seja, os efeitos sofridos pela luz, utilizaremos de representações, pois a luz trata-se de um corpo desprovido de massa com duplo comportamento, partícula ou onda eletromagnética. Se fosse pedido que você desenhasse a luz em seu caderno, como você iria fazer esse desenho? Pois bem, pensando nessa dificuldade, a física resolveu representar a luz através do conjunto de raios luminosos, onde cada raio pode ser facilmente representado como segue: Raio de Luz Linha imaginária que representa a direção e o sentido de propagação da luz. Sua representação indica de onde a luz é criada (fonte) e para onde ela se dirige. Feixe de Luz Conjunto de vários raios de luz: Feixe de Raios Paralelos: A luz do sol que atinge a terra pode ser considerada um feixe de raios paralelos. Feixe de Raios Convergentes: A luz do sol ao atravessar uma lupa tem seus raios luminosos convergidos para um ponto (Foco). Feixe de Raios Divergentes: A maioria das fontes de luz emite raios divergentes. Exemplos: Lanternas, faróis de carros, chamas de velas, filamentos aquecidos de lâmpadas, etc. A luz por se comportar como uma onda eletromagnética se propaga através de meios maios materiais e também no vácuo. Os meios de propagação da luz, são chamados de Meios Ópticos e se classificam em opaco, translúcido e transparente.

2 Meio Opaco meio que não permite a passagem (propagação) da luz. Ex.: Madeira, tijolo, concreto, ferro, etc. Meio Translúcido meio que altera desordenadamente a trajetória (difusa) de cada raio de luz. Ex.: Papel vegetal, vidro fosco, acrílico (usado em Box de banheiro), etc. Meio Transparente meio que permite a passagem (propagação) da luz sem difundir os raios luminosos. Ex.: Água limpa, vidros e plásticos transparentes, ar puro, etc. Quanto à emissão de luz, os corpos podem ser classificados como fontes de luz, primária ou secundária: Fonte Primária ou Corpo Luminoso todo corpo que produz a luz que emite, ou seja, todo corpo que possui luz própria. Ex.: O sol, as estrelas, a chama de uma vela, as lâmpadas elétricas, imagem de TV, etc. Fonte Secundaria ou Corpo Iluminado todo corpo que não possui luz própria. O corpo iluminado apenas reenvia para o espaço a luz que recebe de outros corpos. Ex.: A lua, a parede, a madeira, o ferro, as roupas, o corpo humano, os planetas, etc. Terra Lua Ponte JK Pessoas É fácil observar no dia-a-dia o comportamento retilíneo da luz como, por exemplo, os raios solares emitidos pelo sol viajando em linha reta por entre as árvores durante o entardecer, conforme mostra a figura ao lado.

3 O Princípio de Propagação Retilínea da Luz afirma que nos meios homogêneos e transparentes, a luz se propaga em linha reta. Veja a figura abaixo, nela os raios luminosos não sofrem desvios e, portanto, os raios luminosos se propagam em linha reta no interior do meios. Água Ar Vidro Para ilustrar e comprovar o princípio de propagação retilínea da luz vamos estudar dois casos: a câmara escura de orifício e sombra. A Câmara Escura de Orifício é uma aplicação do princípio de propagação retilínea da luz, ao mesmo tempo em que o comprova e trata-se de uma caixa de paredes opacas, possuindo uma delas um pequeno orifício. m m a n b n 0 b a Quando um objeto luminoso ou iluminado m, é colocado em frente ao orifício de uma câmara escura, os raios de luz que partem de m e atravessam o orifício O, determinam na parede oposta ao orifício uma figura n semelhante ao objeto e invertida. Onde n é chamada de imagem de m. Usando a semelhança de triângulos, aplicada aos dois triângulos formados pelos dois raios luminosos extremos que vão do objeto para a sua imagem formada, teremos m a n b As primeiras máquinas fotográficas utilizavam esse princípio e podem ser consideradas como uma câmera escura. Uma lente biconvexa convergente tem a função de direcionar os raios

4 luminosos para o filme que se localiza no fundo da máquina e a distância da lente ao filme sendo móvel permite o ajuste do foco. O diafragma controla a entrada de luz, abrindo e fechando em intervalos de tempo que podem ser controlados em algumas máquinas. O filme fotográfico, tratado quimicamente, recebe a luz e altera as propriedades de cor, deixando gravada a imagem. Depois o filme é revelado. No caso da fotografia digital, existe um dispositivo eletrônico, conhecido como CCD (Charge-Coupled Device), que converte as intensidades de luz que incidem sobre ele em valores digitais armazenáveis na forma de Bits e Bytes que são, então, gravados na memória. Exemplo1: Considerando a figura acima, com os comprimentos a=1m e b=20cm, se a altura do objeto m for igual a 150cm, qual será a altura da imagem n. m a 150cm 100 cm 3000cm 100 n 150cm 20 n n 30cm n b n 20 cm 100 Sombra Região do espaço não atingida por uma determinada luz. O exemplo a seguir mostra uma lanterna ligada, como fonte de luz, e uma bola de futebol como obstáculo a parte dessa luz, gerando uma região de sombra atrás da bola. SOMBRA O sol se encontra a uma distância muito grande da terra, cerca de km e por isso, os raios solares vindos do sol, atingem locais próximos na terra, praticamente paralelos. Isso permite comparações entre as sombras dos objetos que se tornam proporcionais à sua altura. O modelo abaixo, mostra um prédio de altura H, e sombra formada devido aos raios solares de comprimento X. Próximo a ele, um indivíduo de altura h e sombra com comprimento x. luz solar H h X x

5 H= Altura do prédio. X= Comprimento da sombra do prédio. h= Altura do boneco. x= Comprimento da sombra do boneco. Usando a semelhança entre os triângulos, teremos: A relação em destaque, permiti comparar os objeto e obter uma das grandezas desconhecida para um deles. Exemplo2: Considerando a figura acima, com o comprimento da sombra do prédio igual a 90cm e a sombra do boneco 9cm. Determine a altura do prédio considerando a altura do boneco igual 3,60m. H = X H = 90cm H=3,60m 10=36m h x 3,60m 9cm H X h x Exercícios: 1) Utilizamos nas janelas dos banheiros de nossas residências, vidros que não permitem que o objeto do lado de dentro, seja visto com nitidez por um observador que esteja do lado de fora. O quê diferencia um meio óptico transparente de um meio óptico translúcido? 2) A luz emitida pelo sol demora cerca de oito minutos para atingir a terra, viajando a uma velocidade igual à velocidade da luz de aproximadamente trezentos mil quilômetros por segundo. Supondo que o sol subitamente morresse, ou seja, sua luz deixasse de ser emitida. Após 24h, um eventual sobrevivente, olhando para o céu sem nuvens, veria: A) a Lua e as estrelas. B) somente a Lua. C) somente as estrelas. D) Uma completa escuridão. E) Somente os planetas do sistema solar. 3) As janelas dos edifícios são de vidros transparentes para que a claridade do sol possa ser aproveitada durante o dia e uma economia de energia elétrica possa ocorrer. Quanto à característica do material, faça o desenho dos raios emergentes do objeto de acordo com o meio de propagação referente ao objeto. a) Plástico Transparente b)papel Vegetal c) Porta de Madeira 4) Nos telhados de algumas residências é comum a existência de telhas transparentes que aproveitam a luz do sol para gerar claridade interna e reduzir o consumo de energia elétrica. Cite 7 exemplos de fontes de luz primárias e 7 secundárias. 5) Nas grandes cidades, grandes edifícios sufocam menores construções pois eles impedem a passagem da luz do sol e a circulação do vento nessas pequenas construções. Um observador nota

6 que um edifício projeta no solo uma sombra de 15m de comprimento no instante em que um muro de 2m de altura projeta no solo uma sombra de 40cm. Qual é a altura do edifício? [Resp.75m] O exercícios 6, 7, e 8 a seguir, fazem referência a câmara escura de orifício, que deriva da aplicação do princípio da propagação retilínea da luz, é a base da construção das câmaras fotográficas e serve como instrumento de medida. 6) A figura é colocada de frente para o orifício de uma câmara escura de orifício, a qual possui a parede oposta ao orifício feita de papel vegetal. Uma pessoa de frente para o papel vegetal, ou seja, atrás da caixa, verá a figura em qual posição: A) B) C) D) 7) A figura é colocada de frente para um espelho plano. Uma pessoa de frente para o mesmo espelho, verá a imagem refletida igual à: A) B) C) D) E) 8) Qual a profundidade b de uma caixa (câmara escura de orifício) para que um objeto de 40cm de altura colocado a uma distância de 20cm da caixa tenha uma imagem de 5cm? [Resp.2,5cm] O exercícios 6, 7, e 8 a seguir, fazem referência ao estudo da sombra, que deriva da aplicação do princípio da propagação retilínea da luz, é um fenômeno natural e serve como instrumento de medida. 9) Qual a altura da torre de TV do eixo monumental (Brasília-DF) se você (use o valor de sua altura em cm) a 20m da base central (eixo vertical da torre) está exatamente na ponta da sombra do pico da torre e verifica que o comprimento da sua sombra é de 1m. Considere que você está no mesmo plano horizontal da base da torre. 10) As caixas d águas são recipientes de armazenamento (reservatórios de água) existentes em quase todas as residências, instaladas em uma posição elevada, para que a distribuição ocorra por diferença de potencial, usando a força da gravidade. Uma caixa d água projeta no solo uma sombra de 5m de comprimento no instante em que um muro de 1,5m de altura projeta no solo uma sombra de 75cm. Qual é a altura da caixa d água? [Resp.10m]