FSICA TERCEIRO ANO Giovani ptica Geomtrica RAIO LUMINOSO

FÍSICA TERCEIRO ANO Giovani

Óptica Geométrica RAIO LUMINOSO Linha reta orientada que representa a direção e o sentido de propagação de uma onda luminosa ou de um fóton. Princípios da ÓPTICA GEOMÉTRICA Principio da propagação retilínea da luz “Num meio homogêneo e transparente, a luz se propaga em linha reta. ”

Principio da independência dos raios de luz Um raio de luz ao cruzar-se com outro não interfere na sua propagação. ”

Principio da reversibilidade dos raios de luz “A trajetória seguida pela luz independe do sentido de propagação”.

CLASSIFICAÇÃO DOS MEIOS Permite a visualização nítida dos objetos através dele. Não permite a visualização de objetos através dele Não permite a visualização nítida de objetos através dele. Opaco

FONTES LUMINOSAS Fontes primárias São os corpos luminosos, que emitem luz própria, e podem ser: -incandescentes: emitem luz por estarem a alta temperatura. Ex: sol, lâmpada incandescente etc.

luminescentes: podem ser: *fluorescentes: emitem luz quando excitadas. Ex: lâmpadas fluorescentes. *fosforescentes: absorvem luz e reemitem. Ex: vaga-lume mostrador de relógio, interruptor etc.

Fontes secundárias São os corpos que refletem a luz incidente. Ex: lua, parede, objetos em geral.

Fontes de luz - resumo Incandescente Primárias Fluorescente Luminescente Fosforescente Secundária

REFLEXÃO DA LUZ - Regular(Especular): quando a superfície do objeto é lisa e neste caso os raios que incidem paralelos refletem-se paralelos - Irregular(Difusa): quando existe “rugosidade” na superfície do objeto. Neste caso raios que incidem paralelos refletem com direções variáveis. - A reflexão difusa da luz permite que um objeto seja visto

Vermelho, Alaranjado, Amarelo, Verde, Azul, Anil e Violeta. O branco é composto por sete cores (A mistura igual das cores forma o branco. Luz policromática: Várias cores ( Várias freqüências) Luz monocromática: uma cor (uma freqüência)

As cores dos corpos A cor de um corpo iluminado é determinada pela seletividade com que ele absorve e reflete difusamente a luz incidente. LUZ BRANCA Reflete em maior quantidade: vermelho A COR de um corpo é aquela que ele reflete, em maior quantidade.

Os corpos brancos são aqueles que difundem, em igual medida, todas as cores do espectro. Já os pretos, os que absorvem todas as radiações luminosas, logo o preto não é cor, mas sim a ausência dela. Não esqueça!! PRETO : AUSÊNCIA DE COR

LEIS DA REFLEXÃO Primeira lei: O raio incidente (a), a reta normal (N) e o raio refletido (b) são coplanares. Segunda lei: i=r i = ângulo de incidência; r = ângulo de reflexão O raio incidente (a) e o raio refletido (b), formam ângulos iguais com a reta normal.

Espelhos esféricos côncavo convexo Elementos C = centro F = foco V = vértice ep = eixo principal

Propriedades dos raios incidentes RI paralelo ao eixo principal “Todo raio de luz que incide paralelo ao eixo principal, reflete-se numa direção que passa pelo foco F. ”

RI que passa pelo foco “Todo raio de luz que incide numa direção que passa pelo foco, reflete paralelo ao eixo principal do espelho. ”

RI que passa pelo centro de curvatura “Todo raio de luz que incide numa direção que passa no centro de curvatura reflete-se sobre si mesmo. ”

RI que passa pelo vértice “Todo raio de luz que incide na direção que passa pelo vértice reflete-se simetricamente ao eixo principal. ”

Construção geométrica de imagens Espelho côncavo: Objeto além do centro de curvatura C F V Imagem: REAL, INVERTIDA E MENOR

Espelho côncavo Objeto no centro de curvatura C F V Imagem: REAL, INVERTIDA E IGUAL

Espelho côncavo Objeto entre o centro de curvatura e o foco C F V Imagem: REAL, INVERTIDA E MAIOR

Espelho côncavo Objeto no foco C F V Imagem: IMPRÓPRIA (encontra-se no infinito)

Espelho côncavo Objeto entre o foco e o vértice C F V Imagem: VIRTUAL, DIREITA E MAIOR

Espelho convexo Qualquer posição do objeto C F V Imagem: VIRTUAL, DIREITA E MENOR

Importante: Toda imagem REAL é INVERTIDA Toda imagem VIRTUAL é DIREITA Somente são PROJETADAS imagens REAIS Logo: Imagem projetada Imagem invertida Espelho côncavo

(UFSM-95) Com relação à natureza – real ou virtual – da imagem de um objeto produzida por um espelho, pode(m)-se afirmar: I- No espelho côncavo, a imagem poderá ser real, dependendo da posição do objeto. II- No espelho convexo, a imagem será virtual, independentemente da posição do objeto. III- No espelho plano, a imagem poderá ser real, dependendo da posição do objeto. Está(ão) correta(s) afirmativa(s): a) I apenas Solução: b) II apenas I c) III apenas II d) I e II apenas x III e) I, II e III

REFRAÇÃO É o fenômeno característico de uma onda que altera a velocidade pela mudança de meio

Índice de refração Absoluto: c n = v Relativo: n. A, B = n B - O meio com maior n é dito mais refringente - O índice de refração depende do meio e da freqüência da radiação. Lembre-se: n≥ 1 nar = 1 nvácuo = 1

Leis da refração 1ª lei: O raio incidente, o raio refratado R e a normal N à superfície de separação S pertencem ao mesmo meio 2ª lei (Lei de Snell – Descartes) : n 1. sen i = n 2. sen r Para a incidência oblíqua, quando a luz passa de um meio menos refringente para outro mais refringente, o raio de luz se aproxima da normal.

Reflexão Total Condições para reflexão total da luz: n 1>n 2 Refração Meio 2 (n 2) i>L Limite de refração Meio 1 (n 1) Reflexão total L = ângulo de incidência na situação limite

Casos de Refração Arco-íris Duas refrações e uma reflexão Fibra óptica Dois meios com n diferentes Sofre reflexão total

Casos de Refração Miragem Camada de ar com n menor próximo do solo Sofre reflexão total

Casos de Refração Posição aparente de astros Luz refrata nas camadas da atmosfera Luz sofre desvio Posição do objeto é diferente da imagem

PRISMA ÓPTICO Dispersão A decomposição da luz branca (em prisma ou no arco-íris) Desvio D calculado por D = i + i´- A A = r + r´

(UFSM-94) Quando se mergulha um lápis num copo com água transparente, tem-se a sensação de que o lápis está quebrado na superfície da água. Quando se observa o céu sem nuvens, à noite, vê-se cada estrela em uma posição acima da qual seria vista na ausência de atmosfera. Os fenômenos óticos responsáveis pelas observações descritas acima são, respectivamente: a) reflexão e refração b) refração e refração x c) reflexão e reflexão d) refração e interferência e) difração e refração

(UFSM) Na pesca com lança, os índios sabem que, jogando a lança na direção do rabo de um peixe em repouso, podem acertar a cabeça. Por trás desse conhecimento empírico, está o conceito físico de: a) refração x b) reflexão c) difração d) interferência e) polarização

(PEIES) No pôr-do-sol, observa-se a posição aparente do Sol. Esse fenômeno é devido à: a)difração b)interferência xc)refração d)reflexão e)polarização

Lentes Delgadas Lentes de bordas finas biconvexa plano-convexa côncavo-convexa menisco convergente Lentes de bordas grossas bicôncava plano-côncava convexo-côncava menisco divergente

Elementos de uma lente O = centro da lente ou centro óptico F = foco (ponto médio entre C e A) A = antiprincipal (centro de curvatura da esfera que originou a lente) ep = eixo principal Ao Fo O Fi Ai ep lente

Comportamento das lentes Lente convergente Lente divergente

LENTES DELGADAS ESFÉRICAS Lentes de bordas finas Se n. LENTE > n. MEIO LENTE CONVERGENTE Se n. LENTE < n. MEIO LENTE DIVERGENTE Lentes de bordas grossas Se n. LENTE > n. MEIO LENTE DIVERGENTE Se n. LENTE < n. MEIO LENTE CONVERGENTE

Propriedades dos RI Todo raio de luz que incide numa direção que passa pelo centro óptico, não sofre desvio ao atravessar a lente. RI Ao Fo O Fi Ai

Propriedades dos RI Todo raio de luz que incide numa direção que passa pelo foco objeto, emerge da lente paralelo ao eixo principal. Ao Fo O Fi Ai RI

Propriedades dos RI Todo raio de luz que incide paralelo ao eixo principal emerge da lente numa direção que passa pelo foco imagem. RI Ao Fo O Fi Ai

Propriedades dos RI Todo raio de luz que incide na direção que passa pelo antiprincipal objeto emerge da lente passando numa direção que passa pelo antiprincipal imagem. RI Ao Fo O Fi Ai

Lente Convergente Objeto além do antiprincipal A F O F A Imagem: REAL, INVERTIDA E MENOR

Lente Convergente Objeto no antiprincipal A F O F A Imagem: REAL, INVERTIDA E IGUAL

Lente Convergente Objeto entre A e F A F O F A Imagem: REAL, INVERTIDA E MAIOR

Lente convergente Objeto no F A F O F A Imagem: IMPRÓPRIA Imagem no infinito

Lente convergente Objeto entre F e O A F O F A Imagem: VIRTUAL, DIREITA E MAIOR

Lente Divergente Objeto em qualquer posição A F O F A Imagem: VIRTUAL, DIREITA E MENOR

ESTUDO ANALÍTICO Espelhos esféricos - Lentes delgadas Equações de Gauss o é o tamanho do objeto i é o tamanho da imagem f é a distancia focal p é a distância do objeto ao espelho (vértice) p’ é a distância da imagem ao espelho (vértice) A é o aumento linear transversal

Convenção de Gauss f+ espelho côncavo ou lente convergente f - espelho convexo ou lente divergente p+ objeto real p - objeto virtual* p’+ imagem real p’ - imagem virtual o + objeto direito o - objeto invertido* i + imagem direita i - imagem invertida A+ imagem direita A - imagem invertida ІAІ < 1 tamanho da imagem menor que do objeto ІAІ = 1 tamanho da imagem igual ao do objeto ІAІ > 1 tamanho da imagem maior que do objeto

(UFSM-95) Um objeto está sobre o eixo ótico e a uma distância p de uma lente convergente de distância focal f. Sendo p maior que f e menor que 2 f, pode-se afirmar que a imagem será: a) virtual e maior que o objeto b) virtual e menor que o objeto c) real e maior que o objeto x d) real e menor que o objeto e) real e igual ao objeto A F O F A

(UFSM-Adaptada) As afirmativas a seguir se referem a uma lente convergente. I- Todo raio que incide paralelamente ao eixo principal emerge da lente e passa pelo foco imagem. II- Todo raio que incide pelo anti-principal emerge da lente sobre foco imagem. III- Todo raio que incide ao passar pelo foco objeto emerge da lante paralelo ao eixo principal. Está(ão) correta(s): a) apenas I b) apenas I e II Solução: c) apenas II e III I d) apenas I e III x II e) I, II e III

Vergência ou Convergência Indica o grau de um óculos (lente) f+ V+ f- V- V = vergência ou convergência ( di = dioptria) f = distancia focal (m)

Biofísica da Visão Olho normal Cristalino: converge os raios de luz para retina Músculos ciliares: responsáveis pela acomodação visual (ver perto ou longe) Retina: formação de imagem Íris: responsável pela adaptação visual (luz do ambiente) retina globo ocular músculos ciliares cristalino objeto olho normal

Biofísica da visão Objeto próximo retina músculos ciliares cristalino objeto globo ocular olho normal Objeto remoto (longe) retina globo ocular músculos ciliares cristalino objeto olho normal

Biofísica da Visão Miopia Globo ocular mais alongado que o normal Imagem se forma entre a retina e o cristalino Correção: lente divergente cristalino objeto retina globo ocular olho normal

Biofísica da Visão Hipermetropia Globo ocular mais achatado que o normal Imagem se forma atrás da retina Correção: lente convergente retina globo ocular cristalino objeto olho normal

Biofísica da Visão Presbiopia (vista Cansada) Músculos ciliares enfraquecidos Diminui a acomodação visual A vergência do cristalino fica diminuída Correção: lente convergente (multifocal) retina músculos ciliares globo ocular cristalino objeto olho normal

(UFSM-91) Uma lente com – 10 dioptrias de convergência é uma lente: a) convergente com distância focal 10 m b) divergente com distância focal 10 m c) convergente com distância focal 0, 1 m xd) divergente com distância focal 0, 1 m e) esférica com distância focal 10 m Solução: A convergência ou vergência V é calculada por: V= 1/f Assim -10 = 1/f f = -1/10 m = - 0, 1 m Sinal negativo: lente divergente

(FURG) A imagem que um olho míope forma de um objeto afastado está _______, e a correção da miopia é feita por lentes ____. As expressões que preenchem corretamente as lacunas são: a) entre a retina e o cristalino – convergentes b) na retina – divergentes c) atrás da retina – convergentes d) entre a retina e o cristalino – divergentes x e) atrás da retina – divergentes

(PEIES 01) Considere as seguintes afirmações sobre o olho humano: I- O cristalino funciona como uma lente convergente, com distância focal variável. II- Na miopia, a distância entre o cristalino e a retina é menor do que a distância entre o cristalino e o ponto onde se deveriam formar as imagens. III- Na presbiopia, o cristalino se apresenta menos flexível, diminuindo a capacidade de acomodação visual. Está(ão) correta(s): Solução: a) apenas I I b) apenas II II c) apenas I e III x III d) apenas II e III e) I, II e III

ENEM-2008) A passagem de uma quantidade adequada de corrente elétrica pelo filamento de uma lâmpada deixa-o incandescente, produzindo luz. O gráfico abaixo mostra como a intensidade da luz emitida pela lâmpada está distribuída no espectro eletromagnético, estendendo-se desde a região do ultravioleta (UV) até a região do infravermelho. A eficiência luminosa de uma lâmpada pode ser definida como a razão entre a quantidade de energia emitida na forma de luz visível e a quantidade total de energia gasta para o seu funcionamento. Admitindose que essas duas quantidades possam ser estimadas, respectivamente, pela área abaixo da parte da curva correspondente à faixa de luz visível e pela área abaixo de toda a curva, a eficiência luminosa dessa lâmpada seria de aproximadamente a) 10%. b) 15%. c) 25%. d) 50%. e) 75%. X

(ENEM-2007) A pele humana é sensível à radiação solar, e essa sensibilidade depende das características da pele. Os filtros solares são produtos que podem ser aplicados sobre a pele para protegê-la da radiação solar. A eficácia dos filtros solares é definida pelo fator de proteção solar (FPS), que indica quantas vezes o tempo de exposição ao sol, sem o risco de vermelhidão, pode ser aumentado com o uso do protetor solar. A tabela seguinte reúne informações encontradas em rótulos de filtros solares. Sensibilidade tipo de pele e outras características Extremamente branca, olhos e sensível cabelos claros muito sensível branca, olhos e cabelos próximos do claro Sensível morena ou amarela Pouco sensível Negra proteção recomendada FPS recomendado Proteção à queima-duras muito alta FPS ≥ 20 muito alta 12 ≤ FPS < 20 alta Moderada 6 ≤ FPS < 12 Moderada Baixa 2 ≤ FPS < 6 baixa

As informações acima permitem afirmar que a) as pessoas de pele muito sensível, ao usarem filtro solar, estarão isentas do risco de queimaduras. xb) o uso de filtro solar é recomendado para todos os tipos de pele exposta à radiação solar. c) as pessoas de pele sensível devem expor-se 6 minutos ao sol antes de aplicarem o filtro solar. d) pessoas de pele amarela, usando ou não filtro solar, devem expor-se ao sol por menos tempo que pessoas de pele morena. e) o período recomendado para que pessoas de pele negra se exponham ao sol é de 2 a 6 horas diárias.

(ENEM-2007) Explosões solares emitem radiações eletromagnéticas muito intensas e ejetam, para o espaço, partículas carregadas de alta energia, o que provoca efeitos danosos na Terra. O gráfico abaixo mostra o tempo transcorrido desde a primeira detecção de uma explosão solar até a chegada dos diferentes tipos de perturbação e seus respectivos efeitos na Terra. Considerando-se o gráfico, é correto afirmar que a perturbação por ondas de rádio geradas em uma explosão solar a) dura mais que uma tempestade magnética. b) chega à Terra dez dias antes do plasma solar. c) chega à Terra depois da perturbação por raios X. d) tem duração maior que a da perturbação por raios X. e) tem duração semelhante à da chegada à Terra de partículas de alta energia. x