Optica Geometrica

OPTICA GEOMETRICA

OPTICA GEOMETRICA Sabemos que na ausência de iluminação, e portanto de luz, o olho humano encontra muita dificuldade para distinguir objetos. Isso significa que estes existem, independentemente de nossa capacidade de enxergá-los. Por outro lado, uma deficiência visual pode impedir a visão dos objetos, mesmo com a presença de luz.

OPTICA GEOMETRICA

Os físicos entendem, hoje, que o fenômeno da visão resulta da combinação desses dois elementos: a luz e o olho. Em outras palavras, podemos dizer que o olho reage à luz e isso possibilita o desencadeamento em nosso cérebro de uma série de processos como memória, conhecimento, reconhecimento, etc.

OPTICA GEOMETRICA Para enxergar nitidamente os objetos, distinguindo cor, forma, volume, é necessário que estes estejam iluminados, ou seja, é preciso haver uma fonte de luz, como o Sol ou as lâmpadas. Além disso, é igualmente necessário que nosso aparelho receptor" da luz (o olho) e nosso "aparelho decodificador" (o cérebro) estejam em perfeito funcionamento.

OPTICA GEOMETRICA

Há mais ainda: o objeto precisa estar dentro do campo de visão dos nossos olhos e seu tamanho influencia na distância máxima em que poderemos reconhecê-lo.

OPTICA GEOMETRICA Conceitos Básicos da Óptica Geométrica

Corpo luminoso: são os corpos que emitem luz própria. Exemplo: o Sol, as estrelas, a chama de uma vela, etc.

OPTICA GEOMETRICA Corpo iluminado: são os corpos que refletem a luz que recebem a luz de outros corpos

OPTICA GEOMETRICA Corpos opacos: são os corpos que impedem a passagem da luz.

OPTICA GEOMETRICA Corpos transparentes: são os corpos que se deixam atravessar totalmente pela luz

OPTICA GEOMETRICA Corpos translúcidos: são os corpos que se deixam atravessar parcialmente pela luz.

OPTICA GEOMETRICA AS CORES DOS OBJETOS

No final do século XVII, Newton realizou experiências que mostraram ser a luz branca uma mistura de todas as cores.

OPTICA GEOMETRICA AS CORES DOS OBJETOS

Quando iluminado por luz branca, um objeto pode deixar de refletir todas as cores; ao contrário, pode absorver algumas. Assim, um corpo verde, por exemplo, reflete principalmente o verde e absorve as outras cores.

OPTICA GEOMETRICA AS CORES DOS OBJETOS

Um corpo é branco quando reflete todas as cores e um corpo tem cor negra quando absorve toda a luz que incide sobre ele, isto é, quando não reflete nenhuma das ondas eletromagnéticas do espectro visível.

OPTICA GEOMETRICA AS CORES DOS OBJETOS

A luz branca é também chamada de luz policromática, enquanto uma luz de cor pura, como o verde, por exemplo, é chamada luz monocromática.

OPTICA GEOMETRICA AS CORES DOS OBJETOS

A cor não é uma característica própria do objeto, mas depende da luz que o ilumina. Um corpo vermelho, quando iluminado por luz branca, absorve todas as cores, exceto a radiação vermelha, que é refletida.

OPTICA GEOMETRICA AS CORES DOS OBJETOS

OPTICA GEOMETRICA AS CORES DOS OBJETOS

OPTICA GEOMETRICA AS CORES DOS OBJETOS

(Observe o mesmo vaso iluminado por luz branca e luzes monocromáticas)

OPTICA GEOMETRICA

CÂMARA ESCURA

Um fenômeno muito simples, que se deve à propagação retilínea da luz, pode ser observado com auxílio de uma câmara escura, aparelho descrito pela primeira vez por Leonardo da Vinci.

OPTICA GEOMETRICA CÂMARA ESCURA

A câmara escura é uma caixa fechada, sendo uma de suas paredes feita de vidro fosco. No centro da parede oposta, há um pequeno orifício.

OPTICA GEOMETRICA

CÂMARA ESCURA

Quando colocamos diante dele, a certa distância, um objeto luminoso ou fortemente iluminado, vemos formar-se sobre o vidro fosco uma imagem invertida desse objeto.

OPTICA GEOMETRICA

CÂMARA ESCURA

Vejamos a razão desse fenômeno: Um ponto do objeto envia luz em todas as direções. A parede de vidro fosco, no entanto, é atingida apenas pelo raio, que, passando pelo orifício, alcança o fundo da câmara.

OPTICA GEOMETRICA

CÂMARA ESCURA

Aplicando o mesmo raciocínio aos demais pontos do objeto, constataremos que a imagem, que se forma sobre o vidro fosco, apresenta-se invertida.

OPTICA GEOMETRICA CÂMARA FOTOGRAFICA

Aplicando o mesmo raciocínio aos demais pontos do objeto, constataremos que a imagem, que se forma sobre o vidro fosco, apresenta-se invertida.

OPTICA GEOMETRICA Relação trigonométrica

o/p = i/p' o = tamanho do objeto i = tamanho da imagem p = distância do objeto à câmara p' = distância da imagem à câmara

OPTICA GEOMETRICA ESPELHOS PLANOS

Um objeto que não emita luz própria, como uma cadeira ou um livro, só pode ser visto se for iluminado, isto é, se receber luz de alguma fonte. Apenas quando a luz refletida pelo objeto atinge nossos olhos ele se torna visível.

OPTICA GEOMETRICA

Mas a reflexão da luz pode ter efeitos diferentes, dependendo do tipo de objeto. Veja a diferença entre a reflexão da luz numa folha de papel e num espelho. Olhando para a folha de papel, vemos a própria folha, mas olhando para o espelho, apenas vemos a imagem de outros objetos.

OPTICA GEOMETRICA

Essa diferença ocorre devido à superfície refletora da luz: na folha, a superfície é irregular, enquanto no espelho é muito lisa. Na folha, ocorre reflexão difusa e, no espelho, reflexão regular.

OPTICA GEOMETRICA Espelhos planos

Um espelho plano é uma placa de vidro cuja superfície posterior recebeu uma fina película de prata. Quando a luz incide em uma superfície deste tipo, ela é refletida regularmente. Essa regularidade da reflexão é que permite a formação de imagens.

OPTICA GEOMETRICA Espelhos planos

Como isso não acontece nos corpos cujas superfícies são rugosas, estes não produzem imagens. As superfícies rugosas, quando iluminadas, nos revelam somente sua própria forma, textura e cor.

OPTICA GEOMETRICA Espelhos planos

Quando vamos dirigir um carro, precisamos ajustar a posição dos espelhos retrovisores para enxergar o que está atrás dele.

OPTICA GEOMETRICA Espelhos planos

Ou seja, os feixes de luz emitidos por um carro que está atrás só serão vistos pelo motorista se refletirem no espelho e incidirem sobre seus olhos.

OPTICA GEOMETRICA Imagens nos espelhos planos

Em um espelho plano comum, vemos nossa imagem com a mesma forma e tamanho, mas parece que encontrar-se atrás do espelho, invertida (esquerda na direita e vice-versa), à mesma distância que nos encontramos dele.

OPTICA GEOMETRICA Imagens nos espelhos planos

em linha reta, isto é, mentalmente prolongamos os raios refletidos, em sentido oposto, para trás do espelho.

OPTICA GEOMETRICA ESPELHOS ESFERICOS

Chama-se espelho esférico o que tem a forma de uma calota esférica, isto é, quando sua superfície refletora é parte de uma superfície esférica. Pode ser côncavo ou convexo, conforme a superfície refletora seja a interna (voltada para o centro da esfera) ou a externa. Os espelhos esféricos atuam como lentes, podendo aumentar ou diminuir o tamanho das imagens.

OPTICA GEOMETRICA ESPELHOS ESFERICOS

Os raios de luz do Sol são paralelos, fazendo a luz solar incidir num espelho côncavo, os raios refletidos se concentram num ponto, e o ponto onde se concentram esses raios se chama foco do espelho.

OPTICA GEOMETRICA ESPELHOS ESFERICOS

Se, inversamente, colocarmos no foco uma fonte luminosa de pequenas dimensões, por exemplo: uma vela ou uma pequena lâmpada elétrica, os raios enviados e refletidos no espelho, formam um feixe paralelo.

OPTICA GEOMETRICA ESPELHOS ESFERICOS

Utiliza-se esta propriedade nos faróis de carros, ou mesmo nas lanternas, para se obter um feixe luminoso visível a grande distância.

OPTICA GEOMETRICA ESPELHOS ESFERICOS

Os espelhos côncavos são também utilizados nos telescópios, permitindo-nos observar (ou fotografar) estrelas e galáxias.

OPTICA GEOMETRICA ESPELHOS ESFERICOS

Uma colher é um espelho curvo rudimentar. Mesmo não sendo lisa e polida como um espelho verdadeiro, ela nos envia as imagens dos objetos que se refletem em sua superfície. Vamos, por exemplo, observar nosso rosto refletido numa colher.

OPTICA GEOMETRICA ESPELHOS ESFERICOS

Se olharmos para a face convexa (o lado externo) da colher, a imagem refletida aparecerá direita, mas reduzida

OPTICA GEOMETRICA ESPELHOS ESFERICOS

Os espelhos convexos conseguem concentrar em pouco espaço uma cena bastante ampla. Eles são, por isso, utilizados como retrovisores em automóveis. Às vezes, são também instalados em ruas curvas e muito estreitas, onde há pouca visibilidade.

OPTICA GEOMETRICA ESPELHOS ESFERICOS Estudo Analítico - Espelhos Esféricos 1/f = 1/p + 1/p'

i/o = - p'/p Aumento linear: A = hi/ho ou A = -p'/p

p = distância do objeto ao espelho p' = distância da imagem ao espelho R = raio de curvatura f = distância focal (f = R/2) ho = altura do objeto hi = altura da imagem p' > 0 : imagem real p' < 0 : imagem virtual hi > 0 : imagem direita hi < 0 : imagem invertida f >0 : espelho côncavo f < 0 : espelho convexo

OPTICA GEOMETRICA REFRAÇÃO

Quando um feixe de luz incide sobre a superfície de um tanque de água, verticalmente, parte da luz entra na água e propaga-se para baixo ao longo da mesma direção. Se a luz incidir sobre a água obliquamente, o feixe terá sua direção inclinada para baixo.

OPTICA GEOMETRICA REFRAÇÃO

Esta mudança de direção de propagação da luz, ao passar de uma substância para outra, chamamos refração. O ângulo entre o raio refratado e a normal à superfície é o ângulo de refração.

OPTICA GEOMETRICA REFRAÇÃO

Você pode demonstrar a refração fazendo um feixe de luz entrar na água contida num recipiente dotado de paredes laterais de vidro, como um aquário.

OPTICA GEOMETRICA REFRAÇÃO

Adicione um pouco de corante ou de leite à água, a fim de espalhar a luz para os lados, de modo que você possa ver o rastro do feixe.

OPTICA GEOMETRICA REFRAÇÃO

Mergulhe parte de um lápis num recipiente com água. Os raios luminosos provenientes desta parte do lápis mudarão de direção ao atravessarem a superfície da água. O lápis parecerá quebrado e a água parecerá menos profunda que é realmente.

OPTICA GEOMETRICA REFRAÇÃO

Um menino, para fisgar um peixe, deve apontar o arpão para baixo de sua posição aparente.

OPTICA GEOMETRICA REFRAÇÃO

A refração também nos permite enxergar o Sol abaixo da linha do horizonte. Isto ocorre porque a densidade do ar é maior à baixa altitude e diminui gradualmente à medida que nos afastamos da Terra.

OPTICA GEOMETRICA REFRAÇÃO

Dessa forma, a luz incidente sofrerá refração de maneira progressiva e gradual, desviando-se e fazendo com que o nascer e pôr-do-sol sejam vistos quando o Sol se encontra abaixo da linha do horizonte.

OPTICA GEOMETRICA REFLEXÃO TOTAL DA LUZ

Um feixe de luz que se propaga na água, por exemplo, atinge a fronteira com o ar. Uma parte da luz volta para a água, gerando um feixe refletido. O restante passa para o ar, gerando um feixe refratado.

OPTICA GEOMETRICA REFLEXÃO TOTAL DA LUZ

O feixe refletido e o feixe incidente formam ângulos iguais com a direção normal. O feixe refratado forma um ângulo maior. Se aumentarmos o ângulo de incidência, o feixe refratado se afastará mais da normal.

OPTICA GEOMETRICA REFLEXÃO TOTAL DA LUZ

Aumentando mais o ângulo de incidência, chegará uma situação em que o feixe refratado será quase paralelo à superfície. Nessa situação, quase toda a luz é refletida. Aumentando um pouco mais o ângulo de incidência, o feixe refratado desaparece e toda a luz passa a ser refletida. Esse fenômeno chama-se reflexão total.

OPTICA GEOMETRICA REFLEXÃO TOTAL DA LUZ

Para que a reflexão total ocorra, são necessárias as seguintes condições: - A luz deve provir do meio mais refringgente (mais denso) para o meio menos refringente (menos denso).

OPTICA GEOMETRICA REFLEXÃO TOTAL DA LUZ

Um exemplo de aplicação da reflexão total é o das fibras ópticas, largamente usadas nas telecomunicações, na endoscopia (medicina) etc. Nas fibras ópticas um raio de luz penetra por uma extremidade e emerge pela outra extremidade, após sofrer diversas reflexões totais.

OPTICA GEOMETRICA LENTES ESFÉRICAS

(Lente convergente - Lente divergente)

As leis da reflexão e da refração permitem determinar o caminho dos raios luminosos nos meios transparentes. Essas leis são a base de conhecimento para a construção dos instrumentos ópticos. .

OPTICA GEOMETRICA LENTES ESFÉRICAS

As partes essenciais dos instrumentos ópticos são constituídas por lentes esféricas, ou seja, corpos refringentes delimitados por superfícies curvas. Elas têm a propriedade de produzir imagens ampliadas ou reduzidas de objetos externos sem grandes deformações.

OPTICA GEOMETRICA LENTES ESFÉRICAS

(1) Lentes convergentes. São mais espessas no centro do que nas bordas. São assim chamadas porque fazem convergir para um ponto os raios luminosos paralelos que as atravessam. São convergentes as lupas e as lentes de óculos para hipermetropia.

OPTICA GEOMETRICA LENTES ESFÉRICAS

(1) Lentes convergentes. São mais espessas no centro do que nas bordas. São assim chamadas porque fazem convergir para um ponto os raios luminosos paralelos que as atravessam. São convergentes as lupas e as lentes de óculos para hipermetropia.

OPTICA GEOMETRICA LENTES ESFÉRICAS

(2) Lentes divergentes. São mais espessas nas bordas do que no centro. Quando atingidas por raios paralelos, elas os fazem divergir, ou seja, abrir-se como um leque. As lentes de óculos para miopia, assim como os olhosmágicos instalados nas portas, são lentes divergentes.

OPTICA GEOMETRICA LENTES ESFÉRICAS

(2) Lentes divergentes. São mais espessas nas bordas do que no centro. Quando atingidas por raios paralelos, elas os fazem divergir, ou seja, abrir-se como um leque. As lentes de óculos para miopia, assim como os olhosmágicos instalados nas portas, são lentes divergentes.

OPTICA GEOMETRICA LENTES ESFÉRICAS

Um raio de luz que atinge a superfície de uma lente é refratado duas vezes: primeiramente, quando passa do ar para o vidro; depois, ao passar do vidro para o ar.

OPTICA GEOMETRICA LENTES ESFÉRICAS

Em geral, o raio emergente apresenta um desvio em relação à direção do raio incidente. Esse desvio é voltado para a parte mais espessa da lente, ou seja: o raio se desvia para o eixo se a lente é convergente, e se distancia do eixo se ela é divergente.

OPTICA GEOMETRICA LENTES ESFÉRICAS

Em geral, o raio emergente apresenta um desvio em relação à direção do raio incidente. Esse desvio é voltado para a parte mais espessa da lente, ou seja: o raio se desvia para o eixo se a lente é convergente, e se distancia do eixo se ela é divergente.

OPTICA GEOMETRICA LENTES ESFÉRICAS

Em geral, o raio emergente apresenta um desvio em relação à direção do raio incidente. Esse desvio é voltado para a parte mais espessa da lente, ou seja: o raio se desvia para o eixo se a lente é convergente, e se distancia do eixo se ela é divergente.

OPTICA GEOMETRICA LENTES ESFÉRICAS

OPTICA GEOMETRICA LENTES ESFÉRICAS Construção de Imagens - Espelhos Esféricos

OPTICA GEOMETRICA LENTES ESFÉRICAS

Objeto entre o foco (F) e o vértice (P)

OPTICA GEOMETRICA LENTES ESFÉRICAS Objeto no foco

OPTICA GEOMETRICA LENTES ESFÉRICAS Objeto entre o foco (F) e o centro de curvatura (C)

OPTICA GEOMETRICA LENTES ESFÉRICAS

Objeto no centro de curvatura

OPTICA GEOMETRICA LENTES ESFÉRICAS Objeto além do centro de curvatura

OPTICA GEOMETRICA LENTES ESFÉRICAS Objeto diante de um espelho convexo

OPTICA GEOMETRICA LENTES ESFÉRICAS

OPTICA GEOMETRICA O OLHO HUMANO De maneira simplificada, podemos considerar o olho humano como constituído de uma lente convergente, denominada cristalino, situada na região anterior do globo ocular. No fundo deste globo está localizada a retina, que funciona como um anteparo sensível à luz. As sensações luminosas, recebidas pela retina, são levadas ao cérebro pelo nervo ótico.

OPTICA GEOMETRICA O OLHO HUMANO

Conseguimos enxergar nitidamente um objeto quer ele esteja mais próximo ou mais afastado de nosso olho. Isto acontece porque a imagem está se formando sempre sobre a retina, qualquer que seja a distância do objeto ao nosso olho.

OPTICA GEOMETRICA O OLHO HUMANO

Este efeito é produzido pela ação dos músculos do olho que, atuando sobre o cristalino, provocam alterações em sua curvatura. Esta propriedade do olho é denominada acomodação visual.

OPTICA GEOMETRICA Defeitos na visão

Para muitas pessoas, a imagem de um objeto não se forma exatamente sobre a retina e, assim, estas pessoas não enxergam nitidamente o objeto. O motivo pelo qual isto ocorre pode ser ou uma deformação do globo ocular, ou uma acomodação defeituosa do cristalino.

OPTICA GEOMETRICA Defeitos na visão

Em algumas pessoas, a imagem se forma na frente da retina: estas são as pessoas míopes. Para se corrigir este defeito, isto é, para que se tenha a imagem do objeto formada sobre a retina, uma pessoa que tem miopia deve usar óculos com lentes divergentes.

OPTICA GEOMETRICA Defeitos na visão

Por outro lado, em outras pessoas, os raios luminosos são interceptados pela retina antes de se formar a imagem (a imagem se formaria atrás da retina).

OPTICA GEOMETRICA Defeitos na visão

Isso ocorre porque essas pessoas têm um globo ocular mais curto do que o normal (hipermetropia) ou uma perda da capacidade de acomodação do olho com a idade ("vista cansada"). Este defeito é corrigido usando-se óculos com lentes convergentes.

OPTICA GEOMETRICA Defeitos na visão

Construção de Imagens - Lentes Esféricas

OPTICA GEOMETRICA Defeitos na visão Objeto entre o foco principal objeto e o centro óptico (lente convergente)

OPTICA GEOMETRICA Defeitos na visão Objeto no foco principal objeto (lente convergente)

OPTICA GEOMETRICA Defeitos na visão Objeto entre o foco principal objeto e o ponto antiprincipal objeto (lente convergente)

OPTICA GEOMETRICA Defeitos na visão Objeto no ponto antiprincipal objeto (lente convergente)

OPTICA GEOMETRICA Defeitos na visão Objeto além do ponto antiprincipal objeto (lente convergente)

OPTICA GEOMETRICA Defeitos na visão Diante de uma lente divergente, qualquer que seja a posição do objeto as características da imagem são sempre iguais.

OPTICA GEOMETRICA Defeitos na visão

FIM