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1Prof. Mario Mancuso - RVS

LUZ - ÓPTICA

O que é a

luz???2Prof. Mario Mancuso - RVS

Pitágoras (582-500 a.C.)

“ A visão é causada

exclusivamente por algo

emitido pelo olho”.


Aristóteles (384-322

a.C.)

“A luz é uma espécie

de fluído imaterial

que chega aos

nossos olhos, vindo

dos objetos visíveis,

através de ondas”


Isaac Newton (1643 – 1727)

Quando a luz passa de um meiomaterial para outro meio ocorreduas coisas. A primeira é que a velocidade da luz muda. A segunda é que quando a incidência não é oblíqua, a direção de propagação tambémmuda.

A passagem da luz de um meiopara outro damos o nome de refração.


Albert Einstein (1879-1955)

FÓTON é a partícula elementarmediadora da forçaeletromagnética. O fótontambém é o quantum da radiação eletromagnética(incluindo a luz).

Em alguns aspectos, um fótonatua como uma partícula, porexemplo quando registrado porum mecanismo sensível a luzcomo uma câmera. Em outros ocasiões, um fótonse comporta como uma onda, tal quando passa através lenteótica.


Desde a antiguidade filósofos e cientistas se dedicaram para explicar os fenômenos observados com a luz e discutiram sobre a natureza da luz.

Entre os antigos gregos, a escola Pitagóricaacreditava que todo objeto visual emitia partículas. Já Aristóteles concluiu que a luz era um fenômeno ondulatório.

Newton (1672) acreditava na natureza particular (como partícula) da luz, embora no decorrer do tempo tenha manifestado sérias dúvidas a respeito.


Os antigos gregos descobriram que a luz se

propaga em linha reta.

Heron de Alexandria descobriu em

experiências feitas com espelhos, que um

feixe de luz refletida volta ao meio com o

mesmo ângulo de incidência.

O grego Claudius Ptolomy fez uma lista de

ângulos de incidência e de refração que

podem ter sido anotações de observações da

refração na interface ar-água.


Em 1621 um matemático holandês Snell explicou o fenômeno observado quando se coloca um bastão reto dentro da água. Dependendo da inclinação, a parte submersa aparenta ter outra direção. Parece ser um bastão quebrado. Se o bastão é colocado perpendicularmente à superfície, não se mostrará truncado.

Snell mostrou que quando a luz atravessa o ar e encontra uma superfície de água, parte da luz é refletida na superfície da água como previsto por Heron e parte da luz entra no outro meio, mudando de direção, mas continua caminhando em linha reta. Não há contradição com a teoria que a luz caminha em linha reta, porque em cada meio transparente a teoria é respeitada.


A luz, que leva a imagem do bastão aparentemente truncado para os nossos olhos, se propaga em linha reta no ar, muda de direção ao atravessar a interface água-ar e continua em linha reta dentro da água. A luz bate e reflete no bastão, se propaga até chegar e impressionar os nossos olhos. As deflexões sofridas pelos raios de luz nas interfaces de meios diferentes dão a sensação de quebra do bastão.

Snell estudou a propagação da luz em diferentes meios como ar, vidro e água e notou que cada interface determina um desvio diferente e deu o nome de refração para a deflexão observada. Materiais diferentes apresentam índices de refração diferentes. Foi um outro holandês Christian Huygens que sugeriu que os índices de refração estão relacionados à velocidade da luz ao atravessar esses materiais.


Hoje já não se discute mais, como nos séculos XVII e XVIII, se a luz é formada por feixes de minúsculas partículas ou se é uma propagação ondulatória.

A luz não é onde nem partícula. Ela se constitui de

fótons, partículas cujo comportamento tem natureza ondulatória.

Apesar de ser uma visão muito simplificada da compreensão atual que a física tem da natureza da luz, basta saber que grande parte dos fenômenos luminosos podem ser estudados admitindo-se que a luz seja uma propagação ondulatória com todas as propriedades características desse fenômeno.


A luz na forma como a conhecemos é uma

gama de comprimentos de onda a que o olho

humano é sensível.

Trata-se de uma radiação eletromagnética

pulsante ou num sentido mais geral,

qualquer radiação eletromagnética que se

situa entre as radiações infravermelhas e as

radiações ultravioletas.


A origem da luz é, de certa forma, semelhante à origem do som. Enquanto o som é produzido a partir de oscilações mecânicas, pode-se dizer que a luz se origina de oscilações eletromagnéticas ou da oscilação de cargas elétricas.

Outra semelhança seria que, assim como nossos ouvidos só conseguem detectar uma pequena faixa do espectro das ondas sonoras (20Hz –20kHz), o que nossos olhos detectam como luz, é apenas uma estreita faixa do espectro das ondas eletromagnéticas.


As três grandezas físicas básicas da luz (e de

toda a radiação electromagnética) são:

brilho (ou amplitude), cor (ou frequência), e

polarização (ou ângulo de vibração). Devido

à dualidade onda-partícula, a luz exibe

simultaneamente propriedades de ondas e

partículas.


Um raio de luz é a representação da

trajetória da luz em determinado espaço, e

sua representação indica de onde a luz sai

(fonte) e para onde ela se dirige. O conceito

de raio de luz foi introduzido por Alhazen.

Propagando-se em meio homogêneo, a luz

sempre percorre trajetórias retilíneas;

somente em meios não-homogêneos é que a

luz pode descrever "curva".


Numa primeira abordagem, mais superficial,

pode-se dizer que a reflexão é a causa mais

comum da emissão de luz (a grande maioria

dos corpos que vemos reflete a luz que

recebe) são corpos iluminados.

Mas há muitas outras causas: por exemplo,

qualquer corpo aquecido a partir de certa

temperatura torna-se luminoso - A

termodinâmica diz que qualquer corpo, a

qualquer temperatura, emite radiação

eletromagnética.

Prof. Mario Mancuso - RVS 20

Se as dimensões da fonte luminosa forem

desprezíveis, isto é, se puder ser representada

por um ponto, a fonte é considerada pontual.

Se isso não for possível, a fonte é extensa.

Esse conceito é relativo, a mesma fonte pode

ser considerada extensa ou pontual, dependendo

das dimensões envolvidas na situação.


CORPO LUMINOSO

OU

FONTE PRIMÁRIA

CORPO ILUMINADO

OU

FONTE SECUNDÁRIA


A cor é uma percepção visual provocada pela

ação de um feixe de fótons sobre células

especializadas da retina, que transmitem

através de informação pré-processada no

nervo óptico, impressões para o sistema

nervoso.


A cor de um material é determinada pelas

médias de freqüência dos pacotes de onda

que as suas moléculas constituintes refletem.

Um objeto terá determinada cor se não

absorver justamente os raios

correspondentes à freqüência daquela cor.

Assim, um objeto é vermelho se absorve

preferencialmente as freqüências fora do

vermelho.


Os objetos não tem cor. O que vemos é a

percepção pelos órgãos da visão de determinada

faixa de onda naquela cor.

Quando dizemos «este objeto é vermelho»

esquecemos que a cor que vemos só existe no

cérebro. Resulta de uma série de processos

neuronais no cérebro que interpretam a resposta

fisiológica da retina à luz.

Assim, diferentes pessoas podem ter uma

percepção diferente de determinada cor em um

dado objeto, e animais de outras espécies

“enxergam” as cores de formas diferentes.


Em 1665, Isaac Newton fez um pequeno furo em uma cortina e obteve um feixe estreito de luz que fez incidir sobre o prisma. A luz, depois de passar pelo prisma, projetava sobre a parede oposta uma mancha alongada, com as cores distribuídas do vermelho ao violeta.

A luz branca do sol é composta de luzes de todas as cores visíveis. O que o prisma faz é, simplesmente, separar essas componentes. A componente violeta é a mais desviada e a vermelha, a menos desviada. As outras têm desvios intermediários.


Newton, 1672


Cores do espectro visível

~ 790-680 THz~ 380-440 nmvioleta

~ 680-620 THz~ 440-485 nmazul

~ 620-600 THz~ 485-500 nmciano

~ 600-530 THz~ 500-565 nmverde

~ 530-510 THz~ 565-590 nmamarelo

~ 510-480 THz~ 590-625 nmlaranja

~ 480-405 THz~ 625-740 nmvermelho

FreqüênciaComprimento de ondaCor


http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Spectrum441pxWithnm.png

Teoria das

cores


Basicamente, temos duas formações de cor:

A síntese aditiva – Trabalha com luz e geração de

imagem. -> Vídeos e equipamentos de projeção.

A síntese subtrativa – trabalha com pigmentos.

Comum em pinturas, existe no ambiente físico.


Funciona naqueles corpos que emitem luz. O monitor do PC é um exemplo desse tipo de corpo, como a TV e o projetor.

Esse sistema se baseia nas cores vermelho, verde e o azul. Essas cores são primárias, pois são as cores que nossos olhos “percebem”. A partir delas todas as outras são formadas

Este sistema é baseado no funcionamento de nosso olho. Com certeza se fossemos moscas, ou cachorros, esse sistema teria que ser adaptado.


Nesse sistema a mistura de duas cores sempre resultará em uma cor mais luminosa, quando se mistura as 3 cores primárias em intensidade máxima, alcança-se o branco.

Não é possível obter uma cor primária misturando-se diferentes cores.

Quando se mistura 2 cores primárias, se obtém uma cor secundária. Na síntese aditiva de cor os tons secundários são o ciano (azul + verde), amarelo (vermelho + verde ) e magenta (azul + vermelho).


green

bluered

R

G

B


Os monitores de computador e as Tvs

se baseiam nesses conceitos para conseguir

formar suas imagens coloridas. Se você tiver

uma TV de tubo, chegue bem perto dela e

veja como ela é um emaranhado de pontos

verdes, vermelhos e azuis. Esse é o famoso

RGB (de Red, Green e Blue).

DICA: Quando se trabalhar com imagens para

Web, ou em apresentações em ppt, ou coisas do

tipo, lembre-se de deixá-las em RGB.


Temperatura de Cor A definição de Temperatura de cor está baseada na relação entre a temperatura de um material hipotético e estandardizada conhecido por corpo negro radiador, e a distribuição de energia da sua luz emitida à medida que a temperatura deste corpo negro é elevada do zero absoluto até temperaturas cada vez mais elevadas.

Expressa a aparência de cor da luz emitida pela fonte de luz. A sua unidade de medida é o Kelvin (K). Quanto mais alta a temperatura de cor, mais clara é a tonalidade de cor da luz.

Quando falamos em luz quente ou fria, não estamos nos referindo ao calor físico da lâmpada, e sim a tonalidade de cor que ela apresenta ao ambiente. Luz com tonalidade de cor mais suave torna-se mais

aconchegante e relaxante.

Luz mais clara mais estimulante.


A temperatura de cor é uma analogia entre a

cor da luz emitida por um corpo negro

aquecido até a temperatura especificada em

Kelvin e a cor que estamos comparando.

Ex.: uma lâmpada de temperatura de cor de

2.700 K tem tonalidade suave, já uma outra

de 6.500 K tem tonalidade clara. O ideal em

uma residência é variar entre 2.700 K e 5.000

K, conforme o ambiente a ser iluminado.


No sistema subtrativo de cores, a tinta espalhada sobre uma superfície iluminada por uma luz branca possui determinada cor porque é a cor que seus pigmentos refletem: as demais cores são absorvidas.

Utilizado em dispositivos de impressão, depositando pigmentos coloridos sobre o papel, a cor subtrai vermelho da luz branca refletida.

(cyan é branco menos o vermelho)

o magenta absorve o verde (ele é vermelho mais azul)

o amarelo absorve o azul (ele é vermelho mais verde)

uma superfície coberta com cyan e amarelo absorve vermelho e azul refletindo apenas verde


Mistura-se as cores secundárias da luz (também chamadas de primárias em artes plásticas); Ciano + Magenta + Amarelo. Este sistema corresponde ao "CMY" das impressoras e

serve para obter cor com pigmentos (tintas e objetos não emissores de luz). Misturando-se os três pigmentos temos uma matiz de cor muito escura, muitas vezes confundido com o preto.

O sistema "CMYK" é utilizado pela Indústria Gráfica nos diversos processo de impressão. O "K" da sigla "CMYK" corresponde à cor "Preto" (em

inglês, "Black"), sendo que as outras são:

C = Cyan (ciano)

M = Magenta

Y = Yellow (amarelo)


C

M

Y


A mistura dos tons ciano, magenta e amarelo, em diferentes intensidades, resulta em uma enorme variedade de cores, por isso que esse sistema é usado em impressão por gráficas e impressoras.

Entretanto, a variedade de tons alcançada por esse sistema (CMYK) é menor do que a variedade do sistema RGB de TVs e monitores, por isso é preciso tomar cuidado ao se trabalhar com cores em materiais que serão impressos.

Tome cuidado, pois aquilo que é exibido no monitor não é aquilo que será impresso. Por muitos motivos, como a diferença de alcançe do sistema aditivo e subtrativo, a falta de fidelidade do monitor, a regulagem da impressora, a qualidade da tinta, a luminosidade do local em que se trabalha etc.


Qual dos vermelhos é mais brilhante?


LENTES


Quando um raio de luz incide numa superfície

lisa e polida e volta para trás numa direção

bem determinada dizemos que houve reflexão.

As direções do raio incidente e refletido

obedecem a duas leis: as leis da reflexão.


O plano de incidência coincide com o plano de reflexão. Dito de outra forma essa lei estabelece que "O raio de incidência

a reta normal e o raio refletido estão emitidos no mesmo plano."

O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão. Na verdade essas duas leis, essencialmente empíricas, podem ser

entendidas a partir da natureza corpuscular da luz. De fato, podemos pensar na reflexão como resultado de colisão dos fótons com a superfície de separação entre dois meios. É algo parecido com a colisão de uma bola de tênis (ou outra bola) com uma parede. O fenômeno da colisão da bola com a parede obedece as mesmas leis da reflexão da luz (e vice-versa).


A reflexão da luz é um dos fenômenos mais

comuns envolvendo a propagação da luz. A

reflexão ocorre quando a luz incide sobre a

superfície de separação entre dois meios com

propriedades distintas. A reflexibilidade é a

tendência dos raios de voltarem para o

mesmo meio de onde vieram.


Quando a luz incide sobre uma superfície separando dois meios, podem ocorrer dois fenômenos distintos: reflexão da luz e refração da luz.

Parte da luz volta e se propaga no mesmo meio no qual a luz incide (a reflexão da luz).

A outra parte da luz passa de um meio para o outro propagando-se nesse segundo. A esse último fenômeno (no qual a luz passa de um meio para o outro) damos o nome de refração da luz.

Os dois fenômenos ocorrem concomitantemente. Pode haver predominância de um fenômeno sobre o outro. Que fenômeno predominará vai depender das condições da incidência e da natureza dos dois meios.


Se a superfície de separação entre os dois meios for plana (por exemplo, superfície de um metal) e polida (uma superfície regular) então a um feixe incidente de raios luminosos paralelos corresponderá um feixe refletido de raios luminosos igualmente paralelos. A reflexão nesse caso será denominada de regular.

Se a superfície de separação apresentar rugosidades a reflexão será difusa. A luz será espalhada em todas as direções. Se considerarmos um feixe de raios luminosos incidentes paralelos, os raios refletidos irão tomar as mais diversas direções. A grande maioria dos objetos reflete a luz de uma maneira difusa. Isso nos permite vê-lo de qualquer posição que nos situarmos em relação a ele.


AS LEIS DA REFLEXÃO

REFLEXÃO REGULAR


Quando a superfície de separação entre dois

meios permitir que a maior parte da luz seja

refletida e essa reflexão for regular, dizemos

que a superfície entre os dois meios se

constitui num espelho.

Se essa superfície for plana (se ela se

constituir num plano) então o espelho é dito

plano. Se a superfície for esférica, o espelho

é dito esférico.


A imagem no espelho plano está no cruzamento do

prolongamento dos raios refletidos.


A região entre as duas retas e o espelho é o

campo visual do observador.


As imagens dadas pelos :

o os espelhos côncavos podem produzir imagens

maiores ou menores do que os objetos, reais ou

virtuais, direitas ou invertidas. Tudo depende da

distância entre o objeto e o espelho;

o os espelhos convexos produzem sempre

imagens virtuais direitas e menores do que os

objetos.


1. Construção de Imagens num Espelho

Côncavo.

objeto colocado antes do centro de curvatura

(C).

Imagem: menor, invertida e real.



Côncavo.

objeto colocado no centro de curvatura (C).

Imagem: igual, invertida e real.



Côncavo.

objeto colocado entre o centro de curvatura (C)

e o foco (F).

Imagem: maior, invertida e real.



Côncavo.

objeto colocado no foco (F).

Imagem imprópria (não há imagem).



Côncavo.

objeto colocado entre o foco (F) e o vértice (V).

Imagem: maior, direita e virtual.



Convexo.

No espelho convexo, a imagem é sempre:

menor, direita e virtual.


A superfície curva faz com que os raios se curvem proporcionalmente na sua distância a partir do “eixo óptico”, de acordo com a lei de Snell. Desta forma, a frente de onda divergente se torna convergente no lado direito (saída).


O OLHO

HUMANO


Nosso olho é o mais perfeito aparelho óptico que existe. Seu funcionamento é igual as máquinas fotográficas e de projeção criadas posteriormente.

O olho funciona como uma câmara escura, no qual a luz atravessa a córnea, o humor aquoso e o cristalino e se dirige para a retina, que funciona como o filme fotográfico; a imagem na retina se forma invertida.

O nervo óptico transmite o impulso nervoso provocado pelos raios luminosos ao cérebro, que o interpreta e nos permite ver os objetos nas posições em que realmente se encontram.


Nosso cérebro reúne em uma só imagem os

impulsos nervosos provenientes dos dois

olhos. A capacidade do aparelho visual

humano para perceber os relevos deve-se ao

fato de serem diferentes as imagens que

cada olho envia ao cérebro.

Com somente um dos olhos, temos noção de

apenas duas dimensões dos objetos: largura e

altura. Com os dois olhos, passamos a ter

noção da terceira dimensão, a profundidade.


o olho humano possui dois tipos de células responsáveis por nos fazerem enxergar: os cones e os bastonetes.

Os bastonetes são células que necessitam de pouca luz para serem sensibilizadas. Entretanto não conseguem formar imagens coloridas ou nítidas. É por isso que a noite ou em locais escuro é muito difícil se distinguir cor.

Já os cones são sensibilizadas com uma quantidade grande de luz e geram as imagens nítidas e coloridas. Existem 3 tipos de cones, os azuis, os vermelhos e os verdes.

Eles são chamados assim, pois o cone azul é ativado por ondas de comprimento muito aproximado às que formam a cor azul, também chamadas de ondas curtas, enquanto os cones verdes se sensibilizam por ondas de comprimento próximo ao verde, também, chamadas de ondas médias e os cones vermelhos com ondas de comprimento próximo ao vermelho, também chamadas de longas.


Sintomas da Miopia: visão desfocada, dificuldade para focalizar à distância ou para ver objetos nitidamente

Correção da Miopia: lente côncava ou negativa.

No olho míope em repouso os raios paralelos de objetos distantes são focalizados adiante da retina. A potência do sistema óptico é excessiva para o comprimento do olho e os objetos distantes perdem a nitidez. Por outro lado, a visão de objetos próximos é nitidapois sua imagem forma-se na retina.


A miopia se caracteriza pela dificuldade de enxergar objetos muito longe, ou seja, no infinito. A imagem se forma antes da retina.


Faz-se com óculos ou lentes

de contato. Utilizam-se

lentes negativas (também

chamadas lentes menos ou

côncavas), as quais reduzem

a potência do sistema

óptico. Tais lentes produzem

divergência dos raios

paralelos antes que estes

penetrem no olho. O olho

míope corrigido vê

nitidamente à distância

quando em repouso e serve-

se de acomodação natural

para a visão de perto.


Sintomas da Hipermetropia: visão desfocada, dificuldade para ver com nitidez objetos próximos.

Correção da Hipermetropia: lente convexa ou positiva.No olho hipermétrope com acomodação (e cristalino), quando relaxado, a focalização dá-se atrás da retina. Em muitos casos de hipermetropia a contração do músculo ciliar é suficiente à acomodação para visão de longe. Para a visão de objetos próximos, contudo, o esforço excessivo imposto ao músculo pode causar cansaço e desconforto ocular. Em alguns casos a capacidade de acomodar é insuficiente e a imagem fica indistinta.


A hipermetropia se caracteriza pela dificuldade de enxergar objetos próximos, ou seja, a partir do ponto próximo ao olho. A imagem se forma depois da retina.


A hipermetropia pode ser

corrigida com óculos ou

lentes de contato. Utilizam-

se lentes positivas (também

chamadas lentes mais ou

convexas) a fim de aumentar

a potência do sistema óptico

de forma que os raios

paralelos de objetos

distantes comecem a

convergir antes de penetrar

no olho para serem

focalizados na retina com o

músculo ciliar relaxado. Para

a visão de perto o olho

utiliza a acomodação

normal.


Material cedido pela Profa. Ester Fér e pelo Prof. Maurilio

DNA

Wikipedia

http://umpoucosobrecor.wordpress.com/category/cor/

http://www.akarilampadas.com.br/informacoes/temperat

ura-de-cor.php

TEIA DO SABER – Profa Paula Maria Neves Rodrigues

Fernandes – Universidade Santa Cecilia – UNISANTA

Azevedo, Manuel e Figueiredo, Fernando - Instituto

Superior de Engenharia do Porto - Departamento de Física.

http://www.oticasbifocal.com.br/Miopia.asp


http://umpoucosobrecor.wordpress.com/category/cor/

http://www.akarilampadas.com.br/informacoes/temperatura-de-cor.php







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