2_Série_Principios_da_Óptica_Geométrica.pptx

Optica geometrica

1. PRINCÍPIOS DA ÓPTICA GEOMÉTRICA 1 3 ° bimestre 202 5 Ensino Médio

2. 2 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio

3. 3 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio A Luz Definição: Conceitua-se luz como um agente físico capaz de sensibilizar nossos órgãos visuais.

4. 4 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio 2. Objeto de estudo da Óptica Óptica é a parte da Física que estuda um conjunto de fenômenos (denominados fenômenos luminosos) que têm como causa determinante o agente físico luz. 3. Divisão do estudo da Óptica Graças à grande diversidade de fenômenos luminosos e por razões didáticas, convencionou-se dividir o estudo da Óptica em duas partes principais. Óptica Geométrica Estuda os fenômenos que são explicados sem que seja necessário conhecer a natureza do agente físico luz. O estudo feito é baseado em leis empíricas, que irão constituir os princípios fundamentais da Óptica Geométrica.

5. 5 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio Óptica Física Estuda os fenômenos cuja compreensão e elaboração de leis só são possíveis com o conhecimento da natureza do agente físico luz. 4. Algumas aplicações da Óptica – Correção de defeitos da visão; – Visão de objetos de dimensões reduzidas; – Visão de objetos distantes ou inacessíveis à vista; – Fixação de imagens: fotografia e cinematografia; – Análises espectrais da luz para determinação da composição química de substâncias extraterrenas; – Otimização na técnica de iluminação etc.

6. 6 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio 5. Raio de luz Denomina-se raio de luz um ente geométrico (uma linha) que representa a direção e o sentido de propagação da luz. A ideia de raio de luz é puramente teórica, com o objetivo de facilitar o estudo. Não se consegue, na prática, individualizar um raio de luz. O raio luminoso, conforme o meio onde se propague a luz, pode ser retilíneo ou curvilíneo.

7. 7 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio 6. Pincel luminoso É um conjunto de raios provenientes de um mesmo ponto e que apresentam uma pequena abertura angular uns em relação aos outros. Praticamente, obtemos o pincel com um ponto luminoso e um furo relativamente grande em um anteparo. 7. Feixe luminoso Consiste em um conjunto de raios luminosos, cuja abertura angular entre os raios é relativamente grande, de modo a abranger uma região ampla do espaço. Quando os raios constituintes do pincel ou feixe são paralelos, o ponto luminoso será dito impróprio (ponto no infinito) e representado por P∞.

8. 8 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio 8. Classificação dos feixes (ou dos pincéis) • Cônico divergente: Os raios de luz divergem a partir de um único ponto P. • Cônico convergente Os raios de luz convergem para um único ponto P • Cilíndrico Os raios de luz são todos paralelos entre si.

9. 9 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio Fontes de luz Denomina-se fonte de luz todo corpo capaz de emitir luz. É interessante ressaltar que a emissão de luz corres - ponde à emissão de uma forma de energia denominada “energia radiante”. Os raios solares, por exemplo, transportam energia radiante que, ao ser absorvida por um corpo, provoca seu aquecimento, transformando-se em energia térmica. De acordo com a origem da energia emitida pelas fontes luminosas, estas podem ser classificadas em: 9. Fontes primárias (corpos luminosos) São aquelas que emitem “luz própria”, isto é, a energia emitida é proveniente de outra modalidade de energia, que é transformada em energia radiante luminosa. Exemplos Sol, lâmpadas de incandescência, vaga-lume etc.

10. 10 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio As fontes primárias admitem ainda uma subdivisão: 10. Fontes incandescentes São aquelas que emitem luz em decorrência da transformação de sua energia térmica em energia radiante luminosa. Exemplos: O Sol, cuja temperatura em sua superfície é da ordem de 6000°C; as lâmpadas de incandescência, cujo filamento atinge uma temperatura superior a 2000°C.

11. 11 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio 11. Fontes luminescentes São aquelas que emitem luz, embora se encontrem a temperaturas relativamente baixas. Exemplos As lâmpadas fluorescentes; substâncias fosforescentes em geral etc. As fontes luminescentes podem ser de dois tipos: — fluorescentes: são aquelas que emitem luz apenas enquanto perdurar a ação do agente excitador. É o caso das lâmpadas fluorescentes. — fosforescentes: são aquelas que emitem luz, durante um certo tempo, mesmo após ter cessado a ação do agente excitador. Um exemplo são os relógios com mostradores luminosos que permitem a visão no escuro: substâncias depositadas sobre os algarismos absorvem energia luminosa durante o dia e são capazes de emitir tal energia durante a noite. Nas fontes luminescentes, a energia radiante emitida é proveniente de energia elétrica (descargas em gases), de energia potencial química (substâncias fosforescentes) etc.

12. 12 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio 12. Fontes secundárias (corpos iluminados) São aquelas que emitem apenas a luz recebida de outros corpos. Tais fontes só se tornam visíveis quando estão em presença de tais corpos. Como exemplos de fontes secundárias, citamos a Lua, nossas roupas, as paredes de uma sala. 13. Fonte puntiforme de luz Uma fonte de luz é dita puntiforme quando suas dimensões são desprezíveis, comparadas com a distância que separa a fonte dos olhos do observador.

13. 13 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio Classificação dos meios onde se propaga a luz 14. Meio transparente Um meio é considerado transparente quando permite a propagação da luz, através de si, em distâncias relativamente grandes, com trajetórias regulares e bem definidas, possibilitando uma visão nítida dos objetos, com riqueza de detalhes. 15. Meio translúcido Um meio é considerado translúcido quando permite a propagação da luz, através de si, porém com trajetórias irregulares, indefinidas, de modo a não termos uma visão nítida dos objetos, mas tão-somente uma ideia de seus contornos. Exemplos: vidro fosco, papel de seda, nevoeiro, uma lâmina extremamente fina etc.

14. 14 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio 16. Meio opaco Um meio é considerado opaco quando não permite a propagação da luz através de si. Exemplo: madeira, concreto, chapas metálicas espessas etc. 17. Meio homogêneo Um meio material qualquer será considerado homogêneo quando: qualquer que seja a posição de um volume elementar desse meio, ele apresenta as mesmas propriedades físicas. Isto é, em todos os seus pontos, o meio apresenta mesma temperatura, mesma densidade etc. Exemplos: a água, o ar (dentro de certas condições aproximadas), o vidro etc. 18. Meio isotrópico (ou isótropo) Um meio é considerado isotrópico (ou isótropo) quando as propriedades físicas associadas a um ponto do meio independem da direção em que são medidas, isto é, em qualquer direção, as propriedades se manifestam com a mesma intensidade.

15. 15 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio 20. Princípios da Óptica Geométrica Os fenômenos ligados à propagação da luz podem ser estudados com base em quatro princípios, isto é, leis sugeridas pela observação, são verificados, por suas consequências, experimentalmente. São eles: A) LEI DA PROPAGAÇÃO RETILÍNEA “Nos meios homogêneos e transparentes, a luz se propaga em linha reta.” B) LEI DA INDEPENDÊNCIA DOS RAIOS “Quando dois raios se cruzam num ponto, continuam a ter, depois do cruzamento, as mesmas propriedades que teriam se não tivesse havido o cruzamento.”

16. 16 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio C) LEI DA REVERSIBILIDADE DOS RAIOS DE LUZ “A trajetória descrita por um raio de luz independe do sentido de propagação.”

17. 17 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio 21. Câmara escura de orifício i = p’ o p

18. 18 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio 22. Velocidade da luz 23. O ano-luz

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20. 20 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio Consideremos uma fonte puntiforme de luz F, um anteparo opaco A e um corpo C, igualmente opaco, dispostos conforme a figura. São de verificação experimental os fatos apresenta - dos a seguir: Sobre o corpo C, podemos distinguir duas regiões distintas: uma iluminada e outra em sombra. A região em sombra é denominada sombra própria e a linha L, que de - limita as duas regiões, é a separatriz de sombra própria. b) Existe uma região do espaço, entre o corpo C e o anteparo A, que não é atingida pelos raios provenientes de F. Esta região é denominada “cone de sombra do corpo C”. c) Sobre o anteparo, distinguimos duas regiões distintas: uma iluminada e a outra em sombra, separadas por uma linha-fronteira L’. A região em sombra é dita sombra projetada do corpo C e a linha L’ é a separatriz de sombra projetada.

21. 21 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio Consideremos um segundo caso, em que dispomos de duas fontes puntiformes F 1 e F 2 . Passamos a distinguir em C três regiões: uma franca mente iluminada, recebendo luz de ambas as fontes; outra parcialmente iluminada, recebendo luz de apenas uma das fontes: é a região de “penumbra própria”; uma última região em sombra. Da mesma forma, sobre o anteparo, podemos distinguir as regiões de sombra projetada e penumbra projetada.

22. 22 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio Sendo a Lua uma fonte secundária de luz (não emite luz própria), ela somente é vista porque reflete a luz recebida do Sol. No movimento orbital da Lua em torno da Terra, dependendo da posição ocupada pela Lua, podemos ver uma parte maior ou menor de sua superfície iluminada pelos raios solares, daí a existência das diversas “fases da Lua”.

23. 23 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio O intervalo de tempo entre duas luas novas consecutivas é denominado período de lunação e tem duração de 29 dias, 12 horas e 44 minutos. Ao analisar o esquema, poder-se-ia ter a impressão de que eclipses do Sol e da Lua deveriam ter ocorrências mensais. Isto de fato não acontece, pois as órbitas da Lua em tor no da Terra e da Terra em torno do Sol não estão contidas no mesmo plano. Somente nas épocas de alinhamento dos três astros é que ocorrem eclipses.

24. 24 FÍSICA / 2ª série – EM: Prof. Jeferson Antonio O eclipse total da Lua ocorre quando ela está totalmente imersa no cone de sombra da Terra. Se a Lua interceptar parcialmente o cone, então o eclipse também será parcial.

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