Óptica Geométrica

Prévia do material em texto

Òptica Geométrica
Introdução:
 
 Óptica Geométrica: Estuda os fenômenos luminosos baseados em leis empíricas (experimentais), que são explicados sem que haja necessidade de se conhecer a natureza física da luz. A óptica geométrica usa como ferramenta de estudo a geométria.
Luz em um modelo geométrico 
Raios de luz
 São linhas que representam a direção e o sentido de propagação da luz. A ideia de raios de luz é puramente teórica, e tem como objetivo facilitar o estudo.
Fontes primárias
São fontes que emitem sua propria luz:
Fontes secundárias
São aqueles que refletem a luz recebida de uma fonte primária:
Sombra e penumbra 
So
Principios da óptica geomética
Principio da propagação retilínias dos raios luminosos.
Principio da independência dos raios luminosos.
Principios da reverssibilidade dos raios luminosos.
Camêra escura de orifício 
 Em uma camara escura de orifício, a imagem projetada e invertida porque a luz caminha em linha reta.
Óptica da visão 
 O sistema óptico do globo ocular forma uma imagem real e invertida no fundo do olho, mais precisamente na retina. Como esta região é sensível à luz, as informações luminosas são transformadas em sinais elétricos que escoam pelo nervo óptico até o centro da visão (região do cérebro). O cérebro trata de decodificar estes sinais elétricos e nos mostrar a imagem do objeto focalizado.
Ângulo visual ou diâmetro aparente
 O ângulo teta definida entre os raios de luz que partem das extremidades dos objetos e o ponto de incidência em nosso globo ocular e chamado de ângulo visual. 
 “Quanto mais longe está o objeto, menor o ângulo visual”
Reflexão da luz
 é um fenômeno óptico que ocorre quando a luz incide sobre uma superfície e retorna ao seu meio de origem. Os espelhos são os principais instrumentos utilizados com base nesse fenômeno.
Reflexão difusa
Reflexão Regular
Leis da reflexão
1ª lei da reflexão:
O raio incidente, a reta normal que passa pelo ponto de incidência e o raio refletido estão contido em um mesmo plano
2ª lei da reflexão:
A medida do ângulo de incidência é igual à medida do ângulo de reflexão
N
RI
RR
i
r
O
N = normal
RI = raio incidente
RR = raio refletido
I = ângulo de incidente
r = ângulo de refração
11
Espelhos esférico
 Espelho esférico é constituído de uma superfície lisa e polida com formato esférico. Se a parte refletora for interna será um espelho côncavo caso a superfície refletora seja a parte externa será um espelho convexo.
Elementos dos espelhos esféricos
B
 Para o estudo dos espelhos esféricos é útil o conhecimento dos elementos que os compõe, esquematizados na figura abaixo:
Espelho côncovo
Espelho convexo
C é o centro da esfera;
V é o vértice da calota;
O eixo que passa pelo centro e pelo vértice da calota é chamado eixo principal.
Todo espelho esférico tem o que se denomina ângulo de abertura , que e dado pela medida do ângulo ACB, sendo A e B pontos opostos na base da esféra.
O raio da esfera R que origina a calota é chamado raios de curvatura do espelho.
Qualquer outra reta que passe pelo centro de curvatura do espelho é denominado eixo secundário
Imagens fornecidas por espelhos esféricos
Sempre que a imagem conjulgada é real, sua orientação é invertida; sempre que é virtual, é direta
Espelhos convexos conjulgam apenas imagens virtuais, diretas e menores que o objetos
Espelhos côncovos conjugam imagens de natureza real, virtual e imprópria.
Somente imagens reais podem ser projetadas em anteparos como telas, paredes etc.
Refração da luz
 Quando um raio de luz passa de um meio para outro e sua velocidede se altera, acontece o que chamamos de refração.
Ìndice de refração 
 Índice de refração(n) é uma relação entre a velocidade da luz no vácuo (c) com velocidade constante de 3 x m/s e a velocidade da luz em um determinado meio(v). A velocidade da luz no vácuo é a mais rápida então adotamos que c =1 e em ourtos meio a velocidade da luz sempre será menor que no vácuo então c>v, em suma, o índice de refração nos mostra essa diferença de velocidade descrita pela seguinte fórmula:
n
 
 Ex: para calcular o indice de refração de um vidro que sua velocidade é 2 x m/s, então fica o seguinte v = 2 x m/s. isso resulta em:
n n n 
Concluimos que a velocidade da luz no vácuo é 1,5 mais rapido que no vidro.
n = 1,5
2 
1,5
10
16
Leis da refração
1ª lei da refração:
 O raio incidente(RI), a reta normal à superficie de separação (N) e o raio refratado(RR) estão contido no mesmo plano.
2ª lei da refração ou lei de Snell-descartes:
Os senos dos ângulos de incidência e refração são diretamente proporcionais às velocidades da onda nos respectivos meios.
 = sen ∙ = ∙ 
RI
N
RR
Meio 1
Meio 2
Refração atmosférica
Reflexão total da luz
 A reflexão total da luz é um fenômeno óptico que ocorre quando a luz incide sobre uma superfície com o ângulo-limite L e é completamente refletida.
 O ângulo-limite L é definido como o “menor ângulo de incidência da luz em uma superfície de separação entre dois meios a partir dos quais ela é totalmente refletida”
Maior que o ângulo limite
Ângulo limite
 (L)
Regiao de reflexão total 
Lâmpada
 Depois que um feixe de luz entra em um material de grande índice de refração, só sai se incidir, internamente, com um ângulo menor que o ângulo crítico.
O diamante tem um índice de refração n = 2,40. Com esse valor do índice de refração, o ângulo crítico do diamante (em relação ao ar) é pouco maior que 24o. Uma vez dentro do diamante, a luz só sai se incidir na superfície interna com um ângulo menor que esse. De até a luz se reflete de volta.
Por que o dimante brilha tanto?
Por que o asfalto parece molhado em dias de calor ?
 A este fenômeno chamamos miragem, caracterizada pela reflexão total sofrida pelos raios solares, que não chegam a atingir o asfalto. Isso porque, devido ao aquecimento, a camada de ar próxima ao asfalto torna-se menos densa, diminuindo o seu índice de refração em comparação com as camadas imediatamente superiores. Desta forma, os raios solares são refratados e refletidos no ar, dando-nos a impressão de um espelho ou de uma “poça de água”.
Arco íris
 O arco-íris é um fenômeno ótico causado pela refração da luz solar nas gotas de água (chuva) presentes na atmosfera. A refração divide a luz solar, branca, em espectros coloridos que caracterizam o arco-íris
Ilusão de óptica