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PRINCÍPIOS DA ÓPTICA GEOMÉTRICA1. ÓPTICA GEOMÉTRICA                                      Ex: o Sol, as estrelas, uma lâmpa...
Ex: parede de tijolos, portão de madeira, placametálica etc.7. FENÔMENOS ÓPTICOSQuando a luz incide sobre uma superfície S...
10.1.1. Consequências da Propagação Retilínea          O intervalo entre duas luas novas consecutivas éda Luz             ...
fotográfico. Neste caso, ficará registrada uma imagem     2. A velocidade de propagação das ondas luminosas:invertida do o...
8. Desejando medir a altura H de um prédio, um           14. Um grupo de escoteiros deseja construir umestudante fixou ver...
18. (UEL-PR) A figura a seguir representa uma fonte       d) o jarro é um bom emissor de luz;extensa de luz L e um antepar...
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Principios da optica_geometrica

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  1. 1. PRINCÍPIOS DA ÓPTICA GEOMÉTRICA1. ÓPTICA GEOMÉTRICA Ex: o Sol, as estrelas, uma lâmpada ligada, uma velaÉ a parte da Física que estuda a trajetória da luz, não acesa, um vaga-lume, um interruptor, metal aquecidose preocupa com a sua natureza. ao rubro etc.2. Luz b) Fonte secundária ou corpo iluminado: nãoA luz é uma forma de energia que se propaga nos emite luz própria, reflete luz de uma fonte primária.meios materiais e também no vácuo. A luz emitida Ex: a Lua, os planetas, um caderno, uma caneta, umapelo Sol – estrela mais próxima da Terra – chega a nós cadeira, uma pessoa, um quadro etc.em 8 minutos e 20 segundos, percorrendo 150 milhõesde quilômetros a uma velocidade de 300 mil 5.2 QUANTO À DIMENSÃO:quilômetros por segundo. a) Fonte pontual ou puntiforme: suas dimensõesDepois do Sol, a estrela mais próxima da Terra é a são desprezíveis em ralação ao ambiente considerado.estrela alfa da constelação de Centauro que se Ex: uma pequena lâmpada num salão.encontra a 4,3 anos-luz da Terra, isto é, a luz emitidapela estrela alfa demora 4,3 anos para chegar à Terra. b) Fonte extensa: suas dimensões não sãoA grandeza 1 ano-luz, muito usada em Astronomia, desprezíveis em relação ao ambiente considerado.corresponde à distância percorrida pela luz em um Ex: uma lâmpada fluorescente num quarto.ano, no vácuo. Para transformarmos 1 ano-luz emquilômetros, devemos multiplicar a velocidade da luz 6. CLASSIFICAÇÃO DOS MEIOS ÓPTICOS.no vácuo, 300 000 km/s, pelo intervalo de tempo de 1 a) Meio transparente: é aquele que permite aano que, em segundos, corresponde a, propagação regular da luz. O observador vê o objetoaproximadamente, 3,15 · 107 s. Assim, temos: com nitidez através do meio. 1 ano-luz = 3,0·105x3,15·107 s = 9,5.1012 km3. CONCEITOS BÁSICOS:a) Raio de luz: é a representação geométrica datrajetória da luz, indicando a direção e o sentido desua propagação.b) Feixe de luz: é um conjunto de raios de luz. Ex: aquário, ar, vidro comum, papel celofane etc.Um feixe luminoso pode ser: b) Meio Translúcido: é aquele que permite a propagação irregular da luz. O observador não vê o objeto com nitidez através do meio. Ex: vidro fosco, papel vegetal, tecido fino, ar com neblina etc. c) Meio opaco: é aquele que não permite a propagação da luz. O observador não vê o objeto4. FONTE DE LUZ através do meio.São corpos que podem ser vistos, ou seja, emitem luz.5. CLASSIFICAÇÃO DAS FONTES DE LUZ.5.1. QUANTO À EMISSÃO DE LUZ:a) Fonte primária ou corpo luminoso: emite luzprópria. 1
  2. 2. Ex: parede de tijolos, portão de madeira, placametálica etc.7. FENÔMENOS ÓPTICOSQuando a luz incide sobre uma superfície S, que Ex: A absorção é responsável pelo aquecimento desepara um par de meios, pode sofrer os seguintes uma camisa negra quando exposta à luz.fenômenos: 8. CLASSIFICAÇÃO DA LUZ QUANTO À COR.a) Reflexão regular ou especular: o feixe de raios a) Luz monocromática: é a luz de uma única cor, ouparalelos que se propaga no meio 1 incide sobre a seja, não é decorrente de uma composição de cores.superfície S e retorna ao meio 1, mantendo o Ex: A luz amarela emitida pelo vapor de sódioparalelismo. incandescente. b) Luz policromática: é a luz resultante da composição de luzes monocromáticas. Ex: A luz branca emita pelo Sol é constituída por uma infinidade de luzes monocromáticas, as quais podem ser divididas em seis cores principais:Ex: A reflexão regular é responsável pela formação deimagens sobre a superfície tranquila de um lago.b) Reflexão difusa ou difusão: o feixe de raiosparalelos que se propaga no meio 1 incide sobre asuperfície S e retorna ao meio 1, perdendo o 9. A COR DOS CORPOSparalelismo e espalhando-se em todas as direções. A A cor apresentada por um corpo, ao ser iluminado,difusão é devido às irregularidades da superfície. A depende do tipo de luz que ele reflete difusamente.reflexão difusa é responsável pela visão dos objetos Assim, corpos de diferentes cores, sendo iluminadosque nos cercam. por luz branca, teremos:Ex: Vemos uma pessoa porque ela reflete difusamentepara nossa vista a luz que recebe.c) Refração regular: o feixe de raios paralelos que se O corpo vermelho, se refletir difusamente a luzpropaga no meio 1 incide sobre a superfície S e passa vermelha e absorver as demais; o corpo amarelo, sea se propagar no meio 2, mantendo o paralelismo. A refletir difusamente a luz amarela e absorver asrefração regular ocorre em meios transparentes. demais, e assim por diante. E negro, se o corpo absorver todas as luzes. Atente ao fato de que um corpo amarelo parecerá negro quando for iluminado por luz diferente da branca e da amarela, pois essa luz será devidamente absorvida.Ex: A refração regular é responsável pela visão nítidade objetos através do vidro comum.d) Refração difusa: o feixe de raios paralelos que sepropaga no meio 1 incide sobre a superfície S e passaa se propagar no meio 2, perdendo o paralelismo. Arefração difusa ocorre em meios translúcidos. 10. PRINCÍPIOS DA ÓPTICA GEOMÉTRICA 10.1. PRINCÍPIO DA PROPAGAÇÃO RETILÍNEA DOS RAIOS LUMINOSOS: nos meios homogêneos e transparentes, a luz se propaga em linha reta.Ex: A refração difusa é responsável pela visualizaçãosem nitidez de objetos através do vidro fosco.e) Absorção: o feixe de raios paralelos que sepropaga no meio 1 incide sobre a superfície S e nãoretorna ao meio 1 nem se propaga no meio 2,ocorrendo a absorção. Como a luz é uma forma deenergia, sua absorção ocasiona um aquecimento. 2
  3. 3. 10.1.1. Consequências da Propagação Retilínea O intervalo entre duas luas novas consecutivas éda Luz denominado de período de lunação e é de 29 dias, 12 horas e 44 min.a) Sombra e PenumbraO surgimento de sombra e penumbra de um objeto é c) Eclipseuma consequência da propagação retilínea da luz. Um fenômeno relacionado com a propagação retilíneaSe montarmos um sistema com uma fonte puntiforme, da luz que desperta a curiosidade, desde os temposobjeto e anteparo, encontraremos uma região de mais remotos, é o eclipse. Descreveremos aqui duassombra e uma região de sombra projetada. Por formas de eclipse do Sol e o eclipse da Lua.exemplo: Eclipse do Sol Ocorre quando a Lua se coloca entre o Sol e a Terra. Pode ocorrer de duas formas: eclipse total do Sol ou eclipse parcial do Sol. O eclipse total do Sol ocorre para regiões da Terra que se encontram no cone de sombra projetada da Lua. Já o eclipse parcial do Sol ocorre para regiões que se encontram no cone de penumbra projetada da Lua. Veja o esquema abaixo, que foi construído fora de escala.Contudo, se a fonte luminosa for uma fonte extensa,então, além da região de sombra e da região desombra projetada, encontraremos uma região depenumbra e penumbra projetada. OBS: Os eclipses solares ocorrem na fase da lua nova, quando a Lua encontra-se entre o Sol e Terra. Eclipse da Luab) Fases da Lua O eclipse da Lua ocorre quando a Terra se coloca entreO hemisfério lunar voltado para a Terra nem sempre é o Sol e a Lua, projetando sua sombra sobre a Lua.o mesmo que está sendo iluminado pelo sol, por isso Veja o esquema abaixo. que foi construído fora deexistem quatro fases da Lua. Essas quatro fases da escala.Lua se alternam constantemente em um intervalo deaproximadamente 7 dias. Observe a figura: Quando a Lua se encontra na posição I, ela está ainda iluminada pelo Sol. Quando passa à posição II, encontra-se numa região de penumbra projetada pela Terra. Na posição III, a Lua entra numa região de sombra projetada pela Terra e deixa de ser iluminada pelo Sol. Na posição IV, ela volta para uma região de penumbra e finalmente, na posição V, ela está totalmenteNa posição 1 temos a fase de Lua nova. Aqui, a face iluminada pelo Sol.voltada para a Terra não está iluminada, portanto aLua não pode ser vista. OBS: Os eclipses lunares ocorrem na fase da luaEm 2, temos o quanto crescente, em que apenas ¼ cheia, quando a Terra encontra-se entre o Sol e Lua.da lua está iluminada. Esse é o ponto central datransição da Lua nova para a Lua cheia. d) Câmara EscuraNa posição 3, tem-se a fase de Lua cheia, a Lua está Outro exemplo tradicional da propagação retilínea dacom o hemisfério voltado para a Terra totalmente luz é a câmara escura com orifício. Constrói-se umailuminado pelo Sol. caixa escura com um orifício numa face e, na faceEm 4, temos a lua iluminada parcialmente pelo Sol. É oposta ao orifício, é colocado um corpo translúcido,o quarto minguante, onde a Lua encontra-se na como, por exemplo, papel vegetal. Outra possibilidadetransição entre as fases cheia e nova. de construção é uma câmara escura com um orifício e, na face oposta ao orifício, é colocado um papel 3
  4. 4. fotográfico. Neste caso, ficará registrada uma imagem 2. A velocidade de propagação das ondas luminosas:invertida do objeto no papel fotográfico. a) é infinitamente grande; b) é máxima no ar; c) é maior na água que no vácuo; d) vale 300000 km/s no vidro; e) vale 3·1010 cm/s no vácuo. 3. São fontes luminosas primárias: a) lanterna acesa, espelho plano, vela apagada; b) olho-de-gato, Lua, palito de fósforo aceso; c) lâmpada acesa, arco voltaico, vaga-lume aceso; d) planeta Marte, fio aquecido ao rubro, parede de cor clara; e) tela de uma TV em funcionamento, Sol, lâmpada apagada.10.2. PRINCÍPIO DA REVERSIBILIDADE DOSRAIOS LUMINOSOS: a trajetória do raio de luz não 4. Acreditavam os antigos que a capacidade dedepende do sentido de percurso. visualização devia-se a um estranho mecanismo quePor exemplo, um motorista e um passageiro, consistia no fato de os olhos lançarem linhas invisíveisdevidamente posicionados, podem se ver através do terminadas em ganchos (“anzóis”) que capturavam osmesmo espelho. detalhes dos objetos visados e traziam as informações aos órgãos visuais, possibilitando enxergar. Tão logo foi aprimorada a noção de luz, essa teoria foi demovida mediante o seguinte argumento: a) A luz propaga-se em linha reta. b) Os raios luminosos têm um único sentido de propagação. c) Não é possível enxergar em ambientes totalmente escuros. d) Só é possível enxergar corpos que difundem a luz de outros corpos.10.3. PRINCÍPIO DA INDEPENDÊNCIA DOS e) Só é possível enxergar corpos que emitem luzRAIOS LUMINOSOS: quando raios de luz se cruzam, própria.cada um segue sua trajetória independente dos outros.Por exemplo, em certas ocasiões como festividades ou 5. A distância do Sol à Terra vale, aproximadamente,espetáculos, são usados holofotes. Muitas vezes, 1,5·108 km. Sabendo que a velocidade da luz no vácuonessas ocasiões, pode-se perceber a trajetória descrita é de 3,0·105 km/s, calcule o intervalo de tempopela luz. Note que, quando a luz de um holofote passa decorrido desde a emissão de um pulso luminoso nopela luz de outro, não há desvio de sua trajetória. Sol até sua recepção na Terra. 6. Com o Sol a pino, observa-se que a sombra de um disco circular, projetada no solo plano e horizontal, tem a mesma forma e o mesmo diâmetro do disco. Pode-se, então, concluir que: a) os raios solares são praticamente paralelos entre si e o disco está disposto paralelamente ao solo; b) os raios solares são praticamente paralelos entre si e o disco está disposto perpendicularmente ao solo; c) os raios solares são muito divergentes e o disco está disposto paralelamente ao solo; d) os raios solares são muito divergentes e o disco está disposto perpendicularmente ao solo; e) nada se pode concluir apenas com as informações oferecidas. 7. Analise as proposições seguintes:1. Imagine-se na janela de um apartamento situado I. No vácuo, a luz propaga-se em linha reta.no 10o andar de um edifício. No solo, um carpinteiro II. Em quaisquer circunstâncias, a luz propaga-se embate um prego numa tábua. Primeiro você enxerga a linha reta.martelada, para depois de certo intervalo de tempo III. Nos meios transparentes e homogêneos, a luzescutar o ruído correspondente. A explicação mais propaga-se em linha reta.plausível para o fato é: IV. Ao atravessar a atmosfera terrestre, a luz propaga-a) a emissão do sinal sonoro é atrasada em relação à se em linha reta.emissão do sinal luminoso; O que você concluiu?b) o sinal sonoro percorre uma distância maior que o a) Somente I é correta.luminoso; b) Somente I e III são corretas.c) o sinal sonoro propaga-se mais lentamente que o c) Somente II e III são corretas.luminoso; d) Todas são corretas.d) o sinal sonoro é bloqueado pelas moléculas de ar, e) Todas são erradas.que dificultam sua propagação; 4
  5. 5. 8. Desejando medir a altura H de um prédio, um 14. Um grupo de escoteiros deseja construir umestudante fixou verticalmente no solo uma estaca de acampamento em torno de uma árvore. Por2,0 m de comprimento. Em certa hora do dia, ele segurança, eles devem colocar as barracas a umapercebeu que o prédio projetava no solo uma sombra distância tal da base da árvore que, se cair, ela nãode 60 m de comprimento, enquanto a estaca projetava venha a atingi-los. Aproveitando o dia ensolarado, elesuma sombra de 3,0 m de comprimento. Considerando mediram, ao mesmo tempo, os comprimentos dasos raios solares paralelos, que valor o estudante sombras da árvore e de um deles, que tem 1,5 m deencontrou para H? altura; os valores encontrados foram 6,0 m e 1,8 m, respectivamente. Qual deve ser a menor distância das9. (UFPE) Uma pessoa de 1,8 m de altura está em pé barracas à base da árvore?ao lado de um edifício de altura desconhecida. Numdado instante, a sombra dessa pessoa, projetada pela 15. Considere o esquema ao lado, em que oluz solar, tem uma extensão de 3,0 m, enquanto a observador olha através de um canudo cilíndrico, desombra do edifício tem uma extensão de 80 m. Qual a eixo horizontal, de 20 cm de diâmetro e 80 cm dealtura, em metros, do edifício? comprimento.10. Do fundo de um poço, um observador de alturadesprezível contempla um avião, que está 500 macima de seus olhos. No instante em que a aeronavepassa sobre a abertura do poço, o observador tem aimpressão de que a envergadura (distância entre asextremidades das asas) abrange exatamente odiâmetro da abertura. O rapaz observa que um disco, distante 8,0 m do seu olho, parece encaixar-se perfeitamente na boca do canudo. Supondo desprezível a distância do olho do rapaz ao canudo, calcule o raio do disco, admitindo que seja circular. 16. (FCC-SP) O orifício de uma câmara escura está voltado para o céu, numa noite estrelada. A parede oposta ao orifício é feita de papel vegetal translúcido. Um observador que está atrás da câmara, se olhasse diretamente para o céu, veria o Cruzeiro do Sul conforme o esquema I. Olhando a imagem no papel vegetal, por trás da câmara, o observador vê o Cruzeiro conforme o esquema:Considerando os elementos da figura ilustrativa acima,fora de escala, calcule a envergadura do avião.11. (UFG-GO) Um feixe luminoso, partindo de umafonte puntiforme, incide sobre um disco opaco de 10cm de diâmetro. Sabendo-se que a distância da fonteao disco corresponde a um terço da distância deste aoanteparo e que os planos da fonte, do disco e doanteparo são paralelos, pode-se afirmar que o raio dasombra do disco, projetada sobre o anteparo, é de:a) 15 cm. b) 20 cm. c) 25 cm.d) 35 cm. e) 40 cm.12. O esquema representa o corte de uma câmaraescura de orifício, diante da qual existe um corpoluminoso AB de 40 cm de comprimento: a) I. b) II. c) III. d) IV. e) V.Considerando a = 100 cm e b = 20 cm, calcule o 17. Um objeto luminoso e linear é colocado a 20 cm docomprimento da figura A’B’ projetada na parede do orifício de uma câmara escura, obtendo-se, em sua parede do fundo, uma figura projetada de 8,0 cm defundo da câmara. comprimento. O objeto é então afastado, sendo13. Num eclipse da Lua, a posição relativa dos três colocado a 80 cm do orifício da câmara. Calcule o comprimento da nova figura projetada na parede doastros, Sol, Lua e Terra, é a seguinte: fundo da câmara.a) O Sol entre a Lua e a Terra.b) A Lua entre o Sol e a Terra.c) A Terra entre o Sol e a Lua.d) A Terra e a Lua à esquerda do Sol.e) É impossível a ocorrência de um eclipse da Lua. 5
  6. 6. 18. (UEL-PR) A figura a seguir representa uma fonte d) o jarro é um bom emissor de luz;extensa de luz L e um anteparo opaco A dispostos e) o jarro reflete toda a luz que recebe.paralelamente ao solo (S): 23. A bandeira do Brasil esquematizada na figura é confeccionada em tecidos puramente pigmentados:O valor mínimo de h, em metros, para que sobre osolo não haja formação de sombra, é:a) 2,0. b) 1,5. c) 0,80.d) 0,60. e) 0,30.19. Leia atentamente o texto abaixo: “O último eclipse total do Sol neste século (XX) para o hemisfério sul aconteceu na manhã de 3 Estando estendida sobre uma mesa no interior de um de novembro de 1994. Faltavam 15 minutos recinto absolutamente escuro, a bandeira é iluminada para as 10 h, na cidade de Foz do Iguaçu, no por luz monocromática. Determine de que cores serão Paraná. Em qualquer dia normal, o sol da vistas as regiões designadas por 1, 2, 3 e 4 no caso primavera já estaria brilhando bem acima do de: horizonte, mas esse não foi um dia normal (...) a) a luz monocromática ser verde; Durante o eclipse, a gigantesca sombra, com b) a luz monocromática ser vermelha. 200 km de diâmetro, progrediu a 3 000 km por hora do Oceano Pacífico para a América do Sul. 24. Um estudante que contemple um arco-íris através Entrou no Brasil por Foz do Iguaçu e saiu para de um filtro óptico (lâmina de acrílico) amarelo: o Oceano Atlântico, sobre a divisa dos estados a) verá o arco-íris completo, com todas as suas cores; de Santa Catarina e Rio Grande do Sul.” b) não verá nada do arco-íris; c) verá apenas a faixa amarela do arco-íris; (Revista Superinteressante, ano 8, n. 10.) d) verá todas as faixas do arco-íris, exceto a amarela; e) verá apenas as faixas alaranjada, amarela e verdeCom base em seus conhecimentos e nas informações do arco-íris.contidas no texto, responda:a) Em que fase da Lua (lua cheia, lua minguante, luanova ou lua crescente) ocorre o eclipse total do Sol?b) Qual a duração máxima do eclipse citado para umapessoa que observou o fenômeno de um local em Fozdo Iguaçu?20. Um quadro coberto com uma placa de vidro planotransparente não é tão bem visto quanto outro nãocoberto principalmente porque:a) o vidro reflete grande parte da luz ambiente 1. cincidente sobre ele; 2. eb) o vidro não refrata a luz proveniente do quadro; 3. cc) o vidro difunde a luz proveniente do quadro; 4. cd) o vidro absorve a luz proveniente do quadro; 5. 8 min 20 se) o vidro reflete totalmente a luz ambiente incidente 6. asobre ele. 7. b 8. 40 m21. À noite, numa sala iluminada, é possível ver os 9. 48 mobjetos da sala por reflexão numa vidraça de vidro 10. 20 mtransparente melhor do que durante o dia. Isso ocorre 11. aporque, à noite: 12. 8 cma) aumenta a parcela de luz refletida pela vidraça; 13. cb) não há luz refletida pela vidraça; 14. 5 mc) diminui a parcela de luz refratada, proveniente do 15. 1 mexterior; 16. cd) aumenta a parcela de luz absorvida pela vidraça; 17. 2 cme) diminui a quantidade de luz difundida pela vidraça. 18. b 19. a) lua nova; b) 4 min22. Um jarro pintado de cor clara pode ser visto de 20. aqualquer posição do interior de uma sala devidamente 21. ciluminada. Isso ocorre porque: 22. ba) o jarro refrata grande parte da luz que recebe; 23. a) 1–verde; 2–preta; 3–preta; 4–verde;b) o jarro difunde para os seus arredores grande parte b) 1–preta; 2–preta; 3–preta; 4–vermelhada luz que recebe; 24. cc) o jarro absorve a luz que recebe; 6

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