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Prof. Nelson Luiz Reyes Marques
ÓPTICA GEOMÉTRICA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SULINSTITUTO DE FÍSICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE FÍSICA
1- LuzA luz é uma onda eletromagnética capaz de sensibilizar
nossos órgãos visuais
I- INTRODUÇÃO
2- Raio de luz: linha orientada que representa, graficamente, a direção e o sentido de propagação da luz.
3- Feixe de luz: conjunto de raios de luz.
4- Fonte de Luz: todo corpo capaz de emitir luz.
a- Fonte Primária: emite luz própria (corpos luminosos).
-Incandescente – quando emite luz a alta temperatura. Exemplo: lâmpada incandescente, a temperatura do filamento chega a cerca de 2 500 0C.
-Luminescente – quando emite luz a temperatura relativamente baixa. Exemplo: vaga-lume, lâmpadas fluorescentes, objetos fosforescentes (como interruptor de luz, mostrado de alguns relógios etc.).
b- Fonte Secundária: emite luz que recebe de outro corpo (corpos iluminados).
6- Tipos de meios ópticos:a- Meio Homogêneo: É aquele apresenta as mesmas propriedades físicas em toda a sua extensão.
b- Meio Isótropo: É aquele no qual a luz se propaga com a mesma velocidade em todas as direções e sentidos.
5- Meios de propagação da luz a- Meio Transparente: permite a propagação da luz através de si, segundo trajetórias regulares, permitindo a visão nítida dos objetos (vidro comum, ar).
b- Meio Translúcido: permite a propagação da luz através de si, segundo trajetória irregular, não permitindo a visão nítida dos objetos (vidro fosco, papel de seda).
c- Meio Opaco: Não permite a propagação da luz através de si (madeira e parede de tijolos).
7- Princípios da Óptica Geométrica
a- Princípio da Propagação Retilínea: “Nos meios homogêneos e transparentes a luz se propaga em linha reta”.
b- Princípio da Independência dos Raios de Luz: “Quando os raios de luz se cruzam, cada um deles continua seu trajeto como se os demais não existissem”.
c- Princípio da Reversibilidade dos Raios de Luz:
“A trajetória descrita por um raio de luz não depende do sentido de propagação”.
Trocando a posição da fonte e do observador, o trajeto do raio é exatamente o mesmo.
Sombra e PenumbraEm óptica, a palavra sombra significa uma região não-
iluminada. Ela pode ser produzida pela colocação de um objeto opaco entre a fonte e o anteparo; chama-se de penumbra uma região parcialmente iluminada.
F: fonte puntiforme
AB: fonte extensa. C: corpo opaco.
8- Aplicações da propagação retilínea da Luz
FASES DA LUA
ECLIPSE SOLAR
PRECESSÃO
A orientação da inclinação do eixo da Terra muda com o tempo.
Ele ocorre a cada 22 mil anos. Isso faz com que as estações sejam lentamente alteradas durante o ano.
Onze mil anos atrás, o hemisfério norte era inclinado na direção do Sol em dezembro, em vez de em junho. Inverno e verão eram invertidos.
http://omnis.if.ufrj.br/~tati/webfisica/sis-solar/movterra.htm
http://www.cfh.ufsc.br/~pduarte/moviterra.html
Simulação
Movimentos da Terra
II - REFLEXÃO DA LUZ E ESPELHO PLANO
1- TIPOS DE REFLEXÃO
a) Reflexão especularOcorre em superfícies polidas (bem lisas). Aqui a forma do pincel de luz não é destruída depois da reflexão.
b) Reflexão difusaOcorre em superfícies rugosas (cheias de irregularidades). Aqui a forma do pincel de luz é destruída depois da reflexão, ou seja, a luz acaba sendo espalhada para várias direções. Veja a figura abaixo:
2- Leis da Reflexão
1° Lei: “o raio incidente R, a normal N e o raio refletido R’ são coplanares.”
2° Lei: “o ângulo de reflexão r é igual ao ângulo de incidência i.”
3- ESPELHO PLANO
a) IMAGEM EM UM ESPELHO PLANO
de um ponto material
O ponto objeto P e o ponto imagem P’ são simétricos em relação à superfície refletora e têm naturezas opostas.
de um corpo extenso
O espelho plano fornece, de um objeto real, imagem virtual, direita, mesmo tamanho e enantiomorfa.
a) NÚMERO DE IMAGENS DE UM OBJETO SITUADO ENTRE DOIS ESPELHOS PLANOS QUE FORMAM UM ÂNGULO
1360N0
1- CONCEITOÉ toda calota esférica em que uma de suas superfícies é
refletora.
III- ESPELHO ESFÉRICO
Espelho Côncavo Espelho Convexo
2- Elementos dos Espelhos Esféricos
CV=RAIO(R)
FV=DISTÂNCIA FOCAL
C: centro de curvatura
V: vértice
F: focoC F V
Eixo principal
3- RAIOS NOTÁVEIS
1º- Imagem no Espelho Côncavo
a) Objeto antes do centro de curvatura
4- Estudo Geométrico
b) Objeto colocado no centro de curvatura
C- Objeto colocado entre o centro de curvatura e o foco
d) Objeto colocado no foco do espelho
e) Objeto colocado entre o foco e o vértice
3º) Imagem no Espelho Convexo
IV- Lentes Esféricas
1- CONCEITO: Uma lente esférica é um corpo homogêneo e transparente, limitado por duas superfícies esféricas ou uma esférica e outra plana.
Os elementos geométricos de uma lente são:
- O1 e O2 centros de curvatura;- R1 e R2 raios de curvatura;- O1O2 eixo principal;- V1 e V2 vértices;- V1V2 espessura;- S1 e S2 superfícies que limitam a lente.
Biconvexa Plano-convexa Côncavo-convexa Representação
esquemática
2- NOMENCLATURA E TIPOS
a- Lentes de Bordos Finos (Delgados)
Lentes convergentes: convexas (nL > nM)
Bicôncava Plano-côncava
Convexo-côncavaRepresentação esquemática
b- Lentes de Bordos Espessos (grossos)
Lentes divergentes: côncavas (nL > nM)
3- COMPORTAMENTO ÓPTICO
No ar, as lentes de bordos delgados são convergentes e as de bordos espessos são divergentes.
4- RAIOS NOTÁVEIS
1- Todo raio de luz que incide paralelamente ao eixo principal emerge da lente numa direção que passa pelo foco principal imagem F’.
2- Todo raio de luz que incide numa direção que passa pelo centro de óptico não sofre desvio ao atravessar a lente.
3- Todo raio que incide por uma direção que passa pelo foco principal objeto F emerge da lente paralelamente ao eixo principal.
5- OBTENÇÃO GEOMÉTRICA DE IMAGENS
a- Lente Convergente1O) Objeto além do ponto antiprincipal objeto C.
A imagem é real, invertida e menor.
2O) Objeto sobre o ponto antiprincipal objeto C.
A imagem é real, invertida e do mesmo tamanho.
3O) Objeto entre o ponto antiprincipal objeto C e o foco principal objeto F.
A imagem é real, invertida e maior
40) Objeto sobre o foco principal objeto F.
A imagem é imprópria (imagem no infinito).
5O) Objeto entre o foco principal objeto F e o centro óptico O.
A imagem é virtual, direita e maior
6°) Objeto impróprio (objeto no infinito)
A imagem está no plano focal
b- Lente Divergente
A imagem é virtual, direita e menor.
7- O OLHO HUMANO
a) MIOPIAA miopia é um distúrbio de focalização da imagem na qual esta forma-se anteriormente à retina. Isto deve-se a um maior comprimento do globo ocular ou aumento na curvatura da córnea ou cristalino, resultando em dificuldade para ver longe. Pode ser corrigida com lentes esféricas divergentes.
b-HIPERMETROPIA Na hipermetropia também ocorre uma dificuldade de focalizar a imagem, só que contrariamente à miopia, a focalização se dá posteriormente à retina. Deve-se portanto a um globo ocular com menor comprimento ou devido à córnea ou cristalino possuírem uma menor curvatura. Na hipermetropia observa-se uma visão ruim para perto, podendo gerar dificuldade na visão para longe nos casos mais severos. Pode ser corrigida com lentes esféricas convergentes.
C- PRESBIOPIAA presbiopia ou vista cansada é uma condição inevitável, que surge normalmente em indivíduos após os 40 anos de idade em média, e decorre de uma perda progressiva da flexibilidade do cristalino e provoca uma dificuldade para a visão de perto, conhecida popularmente como vista cansada. Pode ser corrigida com lentes esféricas convergentes.
C- ASTIGMATISMO O astigmatismo é uma condição que decorre da diferença de curvatura da córnea ou cristalino nas diferentes direções (comparável às curvaturas de um ovo ou de uma bola de futebol americano), e disto resultam diferentes profundidades de foco que distorcem a visão tanto de longe quanto perto. Pode ser corrigido com lentes cilíndricas.