Aula 7.51: Introdução à óptica

Luz

A luz é um ente físico visível (que é capaz de sensibilizar a retina) de natureza simultaneamente corpuscular e ondulatória.

Raio de luz / raio luminoso

Raio de luz é uma linha imaginária usada para fins de representação da trajetória da luz.

Feixe de luz

Feixe de luz é um conjunto de raios luminosos. Estes arranjos de raios de luz podem ser classificados em:


Divergente	Cilíndrico	Convergente

Fenômenos ópticos

Por ora, em óptica geométrica, estudaremos três fenônomenos ópticos:

Reflexão: É o fenômeno físico responsável por fazer com que um feixe de luz (ou qualquer outra onda eletromagnética) altere a sua trajetória ao se deparar com um obstáculo. Este obstáculo bloqueará a passagem do feixe, pelo menos parcialmente, fazendo com que a direção da sua trajetória seja alterada.

Absorção: É o fenômeno físico capaz de bloquear a luz, de determinada frequência, retendo sua energia, e sem refleti-la.

Refração: É o fenômeno físico responsável por fazer com que a luz (ou qualquer outra onda eletromagnética) altere a sua velocidade ao passar de um meio a outro.

Meios materiais

Meio transparente: É o meio que viabiliza a passagem integral ou quase integral da luz. Em meios desta espécie, praticamente toda a luz que incíde sobre ele o atravessa sem prejuízo algum.

Meio translúcido: É o meio que permite a passagem parcial da luz. A luz, ao tencionar atravessar este meio, é, em parte, bloqueada, em parte desviada e, também, tem uma parcela que consegue o traspassar sem prejuizo.

Meios opacos: É o meio que impede completamente a passagem de luz.


Transparente	Translúcido	Opaco

Fontes de luz

Chamamos de fonte de luz todo corpo que irradia luminosidade. Assim sendo, todo corpo que é visível é fonte de luz. Podemos classificar as fontes luminosas em dois tipos:

Fontes primárias: São as fontes que “fabricam” a luz. São exemplos deste tipo de fonte

◦ O sol e todas as outras estrelas visíveis;

◦ O pavio aceso de uma vela.

Fontes secundárias: São as fontes que recebem luz de uma fonte primária e a reflete. São exemplos deste tipo de fonte

◦ A lua;

◦ Uma tela de pintura.

Tipos de luz


Luz incandescente Brilha em decorrência do fenômeno da incandescência: neste fenômeno, algum material é excitado por meio da absorvição de calor e, em seguida, irradia ondas no espectro do visível. Obs.: dentre todas as lampadas, as lâmpadas incandescentes são as que possuem o menor rendimento (cerca de 5%), ou seja, apenas cerca de 5% da energia elétrica consumida é convertida em luz visível, pois o restante se perde em forma de calor.
luz luminescente: Brilha em decorrência do fenômeno da luminescência: neste fenômeno, alguma substância quimicamente luminescente absorve energia via radiação eletromagnética, não necessariamente na faixa do visível, e, em seguida, reemite esta energia na forma de luz visível. O rendimento de lâmpada luminescentes tende a ser superior ao rendimento de lâmpadas incandescentes, além de esquentarem consideravelmente menos também. ⚛ fluorescente: são os materiais luminescentes que emitem luz apenas enquanto estiverem sendo estimulados; pois a partir do momento em deixam de absorver energia, deixam também de irradiar. ⚛ fosforescente: são os materiais luminescentes que emitem luz mesmo quando já não estão mais sendo estimulados, por um certo período de tempo, é claro; pois materiais desta natureza são capazes de armazenar energia e emiti-la posteriormente. ⚛ Luz quimioluminescente: Brilha devido ao fenômeno da quimioluminescência; fenômeno no qual algum material é excitado por meio de reações químicas ⚛ Bioluminescente: Tipo de luz produzida através da quimioluminescência por seres viventes. Alguns organismos que produzem este tipo de luz são: ◦ Vaga-lume; ◦ Peixe diabo-negro (anglerfish); ◦ Água viva cristal; ◦ Safira marítima; ◦ Algumas espécies de cavalos-marinhos; ◦ Algumas espécies de escorpião.

Luz incandescente Brilha em decorrência do fenômeno da incandescência: neste fenômeno, algum material é excitado por meio da absorvição de calor e, em seguida, irradia ondas no espectro do visível. Obs.: dentre todas as lampadas, as lâmpadas incandescentes são as que possuem o menor rendimento (cerca de 5%), ou seja, apenas cerca de 5% da energia elétrica consumida é convertida em luz visível, pois o restante se perde em forma de calor.

luz luminescente: Brilha em decorrência do fenômeno da luminescência: neste fenômeno, alguma substância quimicamente luminescente absorve energia via radiação eletromagnética, não necessariamente na faixa do visível, e, em seguida, reemite esta energia na forma de luz visível. O rendimento de lâmpada luminescentes tende a ser superior ao rendimento de lâmpadas incandescentes, além de esquentarem consideravelmente menos também.

⚛ fluorescente: são os materiais luminescentes que emitem luz apenas enquanto estiverem sendo estimulados; pois a partir do momento em deixam de absorver energia, deixam também de irradiar.

⚛ fosforescente: são os materiais luminescentes que emitem luz mesmo quando já não estão mais sendo estimulados, por um certo período de tempo, é claro; pois materiais desta natureza são capazes de armazenar energia e emiti-la posteriormente.

⚛ Luz quimioluminescente: Brilha devido ao fenômeno da quimioluminescência; fenômeno no qual algum material é excitado por meio de reações químicas

⚛ Bioluminescente: Tipo de luz produzida através da quimioluminescência por seres viventes. Alguns organismos que produzem este tipo de luz são:

    ◦ Vaga-lume;

    ◦ Peixe diabo-negro (anglerfish);

    ◦ Água viva cristal;

    ◦ Safira marítima;

    ◦ Algumas espécies de cavalos-marinhos;

    ◦ Algumas espécies de escorpião.

Classificação da fonte de luz quanto a sua dimensão

As fonte luz podem ser enquadradas em duas categorias, fontes pontuais ou extensas, de acordo com a relevância de suas proporções:

Fonte de luz pontual: É fonte de luz pontual a fontes que, para fins de cálculos, faz emanar raios luminosos a partir de um único ponto. Noutras palavras: este tipo de fonte possuirá dimensão despresível. Serão exemplos deste tipo de fonte:

◦ As estrelas (excetuando o sol) quando observadas aqui do planeta terra;

◦ Uma vela quando suficientemente distante do observador.

Fontes de luz extensa: É fonte de luz extensa a fonte que, para fins de cálculos, faz emanar raios luminosos a partir de mais de um ponto. Noutras palavras: este tipo de fonte possui dimensões não despresíveis. São exemplos deste tipo de fonte:

◦ O sol quando observado a partir do planeta terra;

◦ Uma lâmpada quando próxima do objeto iluminado.

Atenção: perceba que a classificação da fonte em pontual ou extensa dependerá, dentre outros fatores, da distância desta fonte aos objetos que interagem com a sua luz.

Caso 1: Trata-se claramente de uma fonte extensa. Observe que, neste caso, em decorrência de a luz emanar de diferentes pontos da fonte, tal luz origina, ao passar pelo anteparro, três regiões de características diferentes:

Região iluminada (I): Região comtemplada por raios que emergem de todos os pontos da fonte;

Região de sombra (S): Área em que nenhum raio de luz proveniente da fonte penetra;

Região de penumbra (P): Área em que raios emanados de apenas alguns pontos da fonte.

Caso 2: Observe que os raios partem todos de um único ponto. Trata-se, logo, de uma fonte pontual. Neste caso temos apenas região de sombra, sem região de penumbra.

Caso 3: Trata-se de uma fonte extensa.

O sol, quando observado da Terra, é fonte extensa

Um dos argumentos que validam tal afirmação consiste em relatarmos que, em situação de eclípse lunar ou solar, este fenômeno astronômico faz surgir uma expressiva região de penumbra; coisa característica de fontes extensas.