PTICA Introduo O que ptica Propagao da Luz

ÓPTICA

Introdução • O que é Óptica? • Propagação da Luz – Reflexão – Refração • Óptica Geométrica – Espelhos – Lentes – Formação de imagens © 2005 - UFSC/Labmetro

O que é Óptica? - A óptica é o capítulo da física que estuda os fenômenos relacionados à luz, uma das formas pelas quais a energia se manifesta. Micro-ondas 106 radio © 2005 - UFSC/Labmetro Infra-vermelho Visível - A luz é apenas uma pequena parcela de uma vasto conjunto, o espectro eletromagnético. Distinguimos as diversas partes deste espectro por valores de “freqüência” ou por “comprimentos de onda”. Ultra-violeta Raio X 105 Comprimento de onda (nm) Raios gama

Propagação da Luz - Reflexão Quando a luz que se propaga por um meio e encontra em seu caminho uma superfície, pode ser rebatida e voltar ao mesmo meio em que se propagava, mudando de direção e conservando a velocidade. É o fenômeno da reflexão da luz. © 2005 - UFSC/Labmetro

Propagação da Luz - Reflexão • O raio incidente faz um ângulo θ 1 com a normal a superfície, o qual é chamado ângulo de incidência; • O raio refletido faz um ângulo θ 1’ com a normal a superfície, chamado ângulo de reflexão. © 2005 - UFSC/Labmetro

Propagação da Luz - Lei da reflexão Primeira parte: “Raio incidente e refletido estão no mesmo plano” Segunda parte: “O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência” θ 1=θ 1’ © 2005 - UFSC/Labmetro 1 1’

Propagação da Luz - Lei da reflexão Experimento Número 1: Demonstração da Lei da Reflexão usando um transferidor © 2005 - UFSC/Labmetro

Propagação da Luz - Propriedades da Reflexão • Reflexão difusa é aquela em uma superfície rugosa • Os raios são refletidos em várias direções diferentes © 2005 - UFSC/Labmetro

Propagação da Luz - Propriedades da Reflexão • Reflexão especular é a reflexão em uma superfície polida, como os espelhos por exemplo. • Os raios refletidos são paralelos entre si. • A Óptica concentra-se no estudo da reflexão especular, pois a reflexão difusa é imprevisível. © 2005 - UFSC/Labmetro

Propagação da Luz - Propriedades da Reflexão A reflexão especular e difusa são casos extremos. A maior parte das superfícies tem propriedades refletoras intermediárias. Especular © 2005 - UFSC/Labmetro Difusa

Propagação da Luz - Refração • Quando um feixe de luz incide obliquamente na superfície de separação entre dois meios, parte do feixe é refletido e parte do feixe penetra nesse segundo meio. Incidente Refletida • O raio que penetra no segundo meio é desviado na superfície – Esse desvio do raio é chamado refração Refratada © 2005 - UFSC/Labmetro

Propagação da Luz - Refração “O raio incidente, o raio refletido, e o raio refratado pertencem ao mesmo plano” O ângulo de refração, θ 2, depende das propriedades do meio © 2005 - UFSC/Labmetro

Propagação da Luz - Refração v 1 : velocidade da luz no primeiro meio v 2 : velocidade da luz no segundo meio © 2005 - UFSC/Labmetro

Propagação da Luz - Refração • O raio de luz quando penetra em meio onde a sua velocidade é mais baixa, ou seja, um meio mais denso, então o raio aproxima-se da reta normal à superfície. • O ângulo de refração é menor que o ângulo de incidência. © 2005 - UFSC/Labmetro

Propagação da Luz - Refração • O raio de luz quando penetra em meio onde a sua velocidade é mais alta, ou seja, um meio menos denso, então o raio afasta-se da reta normal à superfície. • O ângulo de refração é menor que o ângulo de incidência. © 2005 - UFSC/Labmetro

Propagação da Luz - Refração • Raio é o raio incidente • Raio é o raio refletido • Raio é o raio refratado no meio translúcido • Raio é o raio internamente refletido • Raio is o raio refratado quando sai do meio translúcido © 2005 - UFSC/Labmetro

Propagação da Luz - Refração © 2005 - UFSC/Labmetro

Propagação da Luz - Refração Experimento Número 2: Demonstração da Lei da Refração © 2005 - UFSC/Labmetro

Óptica Geométrica - Espelhos Um espelho pode ser simplesmente um pedaço de vidro preto ou uma superfície metálica cuidadosamente polida. © 2005 - UFSC/Labmetro

Óptica Geométrica - Espelho Plano Distância objeto Distância imagem Para encontrar a imagem formada é necessário prolongar pelo menos dois raios de luz que são refletidos pelo espelho © 2005 - UFSC/Labmetro

Óptica Geométrica - Espelho Plano p=q! • A imagem e o objeto encontram-se a mesma distância da superfície do espelho. • Os ângulos de incidência e reflexão são iguais – Lei da reflexão. • A imagem formada pelo espelho é uma imagem virtual e direita • A imagem não ampliada, MT = 1 © 2005 - UFSC/Labmetro é

Óptica Geométrica - Espelho Plano • A imagem de uma mão esquerda em um espelho plano é uma mão direita. • O processo que transoforma um sistema de coordenadas direito no espaço objeto, em um sistema de coordenadas esquerdo no espaço imagem, tem o nome de INVERSÃO. • Sistemas com mais de um espelho plano podem ser utilizados para criar um número par ou ímpar de inversões. • Uma rotação a de um espelho provoca um deslocamento angular de 2 a no feixe ou na imagem. © 2005 - UFSC/Labmetro

Óptica Geométrica - Lentes • A lente é o dispositivo óptico mais utilizado; • Observamos o mundo através de um par de lentes; • A forma da lente depende do tipo da aplicação desejada. É comum desejar converter uma onda esférica em uma onda plana, é o caso de projetores e faróis. © 2005 - UFSC/Labmetro

Óptica Geométrica - Classificação das Lentes • Uma lente simples é uma peça de vidro ou plástico formada por duas superfícies refratoras (dioptros). Essas superfícies são segmentos de uma esfera ou de um plano. • Uma lente composta é constituída por vários elementos. • Uma lente pode ser classificada por sua espessura: delgada ou espessa. © 2005 - UFSC/Labmetro

Óptica Geométrica - Classificação das Lentes R 1>0 R 1> 0 R 2<0 R 2>0 R 2= infinito • São mais espessas no centro © 2005 - UFSC/Labmetro

Óptica Geométrica - Classificação das Lentes R 1<0 R 1>0 R 1< 0 R 2>0 R 2= infinito • São mais espessas nas bordas © 2005 - UFSC/Labmetro

Óptica Geométrica - Lentes Convergentes • Os raios paralelos atravessam a lente e convergem para o ponto focal F • f é positivo © 2005 - UFSC/Labmetro

Óptica Geométrica - Lentes Divergentes • Os raios paralelos divergem após atravessar a lente • O ponto focal é o ponto de onde os raios parecem ser originários • f é negativo © 2005 - UFSC/Labmetro

Óptica Geométrica - Raios Paraxiais • Os raios que se propagam muito próximos do eixo óptico, com inclinações reduzidas são designados raios paraxiais • A frente de onda associada a estes raios paraxiais é essencialmente esférica e dá origem a uma imagem perfeita © 2005 - UFSC/Labmetro

Óptica Geométrica - Lentes Divergentes Experimento Número 3: Expansão, Colimação e Convergência de um Feixe © 2005 - UFSC/Labmetro

Óptica Geométrica - Equação das Lentes Finas Fórmula de Gauss © 2005 - UFSC/Labmetro

Diagrama de raios para lentes convergentes, p > f R 1 R 2 Invertida Real Maior O I f f‘ p q © 2005 - UFSC/Labmetro

Diagrama de raios para lentes convergentes, p < f Direita Virtual Maior I O f f‘ R 1 p q © 2005 - UFSC/Labmetro R 2

Diagrama de raios pra lentes divergentes O I f f‘ R 1 p © 2005 - UFSC/Labmetro q R 2 Direita Virtual Menor

Óptica Geométrica - Formação de Imagem Experimento Número 4: Formação de Imagem © 2005 - UFSC/Labmetro

Óptica Geométrica - Exercício Digamos que se queira utilizar uma lente divergente com f=-20 cm para formar uma imagem que é direita, virtual e um terço da altura do objeto. (a) Onde o objeto deveria ser colocado? (b) Desenhe o diagrama com os três raios principais. (c)Solução: © 2005 - UFSC/Labmetro

Óptica Geométrica - Exercício © 2005 - UFSC/Labmetro