Física
ÓPTICA
Conceitos
Luz
É considerada uma energia radiante. São ondas
eletromagnéticas que incidem em nossos olhos e produz
sensação visual. (c = 3𝑥108 m/s)
Fontes de Luz
Luz primaria
São aquelas que emitem luz própria, isto é, que produz
energia luminosa. Exemplos:
Luz secundária
São aquelas que emitem apenas a luz recebida de
outros corpos. Estas fontes de luz apenas refletem os raios de
luz provenientes de outros corpos. Exemplo:
Meios Materiais
Meio transparente
É um meio óptico que permite a propagação regular da
luz, ou seja, o observador vê um objeto com nitidez através do
meio. Exemplos: ar, vidro comum, papel celofane, etc...
Meio translúcido
É um meio óptico que permite apenas uma propagação
irregular da luz, ou seja, o observador vê o objeto através do
meio, mas sem nitidez.
Meio opaco
É um meio óptico que não permite que a luz se propague,
ou seja, não é possivel ver um objeto através do meio.
Princípios fundamentais da óptica
1º - Princípio da Propagação Retilínea: a luz sempre se
propaga em linha reta;
2º - Princípio da Independência de raios de luz: os
raios de luz são independentes, podendo até mesmo se
cruzarem, não ocasionando nenhuma mudança em relação à
direção dos mesmos;
3º - Princípio da Reversibilidade da Luz: a luz é
reversível. Por exemplo, se vemos alguém através de um
espelho, certamente essa pessoa também nos verá. Assim, os
raios de luz sempre são capazes de fazer o caminho na direção
inversa.
Espelhos planos
Representação do espelho plano:
O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão.
Espelhos planos
A imagem possui inversão lateral
A distância “d” do espelho é igual
para o objeto quanto para a
imagem
Espelhos Planos - associação
Onde,
N= número de
imagens formadas
Espelhos Esféricos
Espelho esférico é constituído de uma superfície
lisa e polida com formato esférico. Se a parte refletora
for interna será um espelho côncavo caso a superfície
refletora seja a parte externa será um espelho convexo.
Espelhos Esféricos
Espelhos Esféricos - Raios
1- Todo raio que incide paralelamente ao eixo principal é
refletido passando pelo foco(F), e o caminho inverso também
ocorre.
Espelhos Esféricos - Raios
2- Todo raio que incide sobre o centro de curvatura(C)
reflete-se sobre si mesmo.
Espelhos Esféricos - Raios
3- Todo raio que incide sobre o vértice(V) é refletido
simetricamente em relação ao eixo principal. O ângulo de
incidência é igual ao ângulo de reflexão.
Espelhos Esféricos - Casos
1o Caso: Objeto extenso localizado além do centro de
curvatura de um espelho esférico côncavo.
Espelhos Esféricos - Casos
2o Caso: Objeto extenso localizado sobre o centro de
curvatura de um espelho esférico côncavo.
Espelhos Esféricos - Casos
 3o Caso: Objeto extenso localizado entre o centro de
curvatura e o ponto focal ( F ) de um espelho esférico
côncavo.
Espelhos Esféricos - Casos
4o Caso: Objeto extenso localizado sobre o ponto focal
( F ) de um espelho esférico côncavo.
Espelhos Esféricos - Casos
Caso: Objeto extenso localizado entre o ponto focal
(F) e o vértice de um espelho esférico côncavo.
5o
Espelhos Esféricos - Casos
ESPELHO ESFÉRICO CONVEXO Objeto
localizado em frente a um espelho esférico convexo.
extenso
EQUAÇÃO DE GAUSS E EQUAÇÃO DO
AUMENTO LINEAR TRANSVERSAL
f .... distância focal.
p .... distância do objeto até o espelho.
p' ... distância da imagem até o espelho.
A ... Aumento linear transversal.
i .... tamanho da imagem.
o .... tamanho do objeto.
Sinais
 ATENÇÃO: Considerando sempre o objeto real
(p>0), nestas equações temos:
Espelho côncavo
f > 0
Espelho convexo
f < 0
Imagem real
p' > 0
Imagem virtual
p' < 0
Imagem direita
i > 0
Imagem invertida
i < 0
Refração
Fenômeno que ocorre com a luz quando ela
passar de um meio homogêneo e transparente para
outro meio também homogêneo e transparente, porém
diferente do primeiro. Nessa mudança de meio, podem
ocorrer mudanças na velocidade de propagação e na
direção de propagação.
Índice de Refração
O fato de a velocidade de propagação da luz depender do meio
possibilita caracterizá-lo opticamente. Isso é entendido com uma
propriedade óptica do meio e recebe o nome de índice de refração
absoluto. Seu valor é dado pela seguinte relação:
Onde:
c – velocidade da luz no vácuo (c = 3 . 108 m/s = 3 . 105 km/s)
v – velocidade da luz no meio considerado (m/s no SI)
n – índice de refração absoluto do meio (adimensional, ou seja, não
possui unidade de medida)
Leis da Refração
1ª Lei da Refração
A 1ª lei da refração diz que o raio incidente (raio 1), o
raio refratado (raio 2) e a reta normal ao ponto de incidência
(reta tracejada) estão contidos no mesmo plano, que no caso
do desenho acima é o plano da tela.
Leis da Refração
2ª Lei da Refração - Lei de Snell
A 2ª lei da refração é utilizada para calcular o desvio dos raios
de luz ao mudarem de meio, e é expressa por:
𝑛1 . 𝑠𝑒𝑛 î = 𝑛2 𝑠𝑒𝑛 𝑟
Refrigência
Ângulo Limite
Considere dois meios A e B em que nA<nB
Ao aumentar o ângulo incidente i até se aproximar de 90º, o
ângulo de refracção r tende para um valor máximo L que se
chama ângulo limite.
Ângulo Limite
Ao aplicar a lei de Snell-Decartes:
Dioptro Plano
É todo o sistema formado por dois meios homogêneos
e transparentes. Quando esta separação acontece em um
meio plano, chamamos então, dioptro plano.
𝐻 𝑛2
=
ℎ 𝑛1
Disperção
Lentes Esféricas
Denomina-se lente esférica
uma associação de dois dioptros, dos
quais um é necessariamente esférico,
e o outro, esférico ou plano. Quando
a espessura da lente for desprezível
em comparação aos raios de
curvatura dos dioptros, ela é dita
delgada.
Lentes Esféricas
Comportamento Óptico
Comportamento Óptico
Representação de Gauss
Construção Geométrica das Imagens
Lente Convergente
Construção Geométrica das Imagens
Lente Convergente
Construção Geométrica das Imagens
Lente Convergente
Construção Geométrica das Imagens
Lente Divergente
Estudo Analítico das Lentes Esféricas Delgadas
Equação do aumento linear
transversal.
Estudo Analítico das Lentes Esféricas Delgadas
Convenção de sinais
Lente convergente
f
lente divergente
f
Imagem real
p'
Imagem virtual
p'
Imagem direita
i
Imagem invertida
i
> 0
< 0
> 0
< 0
> 0
< 0
Convergência ou Vergência de uma Lente Delgada
Define-se convergência ou vergência de uma lente
esférica delgada como o inverso da distância focal:
A convergência ou vergência mede a capacidade de
uma lente de convergir ou divergir os raios de luz
incidentes. Assim, quanto maior for a distância focal
f, menor será a convergência V da lente.
Olho Humano
Olho Humano
O cristalino funciona como uma lente convergente
biconvexa.
A pupila funciona como um diafragma, controlando a
quantidade de luz que penetra no olho.
Os músculos ciliares alteram a distância focal do
cristalino, comprimindo-o.
A retina é a parte do olho sensível à luz. É nesta
região que se formam as imagens.
Olho Humano
Miopia
A imagem se forma antes da retina,
devido a um alongamento do globo
ocular ou uma diferença no índice de
refração do cristalino. Os raios de luz
convergem demais formando a
imagem antes da retina.
A correção da miopia é feita com uma
lente divergente.
Olho Humano
Hipermetropia
A dificuldade da pessoa é
enchergar objetos próximos dizemos que
esta possui hipermetropia que consiste
também na dificuldade da imagem se
formar na retina, mas diferente da miopia,
a imagem se forma depois da retina.
Devido a uma diminuição do tamanho do
globo ocular ou por causa de uma mudança
no índice de refração da retina.
Para que a imagem volte a se
formar na retina é necessário aumentar a
convergencia dos raios incidentes no globo
ocular. Isto se consegue utilizando uma
lente convergente.
Olho Humano
Presbiobia
Também chamada de “Vista Cansada” pelo fato de
ocorrer na maioria dos casos em pessoas de idade avançada.
Lentes bifocais ou multifocais
Olho Humano
Astigmatismo, a córnea é uma superfície
esférica, com a mesma curvatura em todas as direções.
Se, no entanto, ela se achata em alguma direção as
imagens na retina ficam desfocadas nessa direção.
Lentes cilíndricas.
Olho Humano
Estrabismo corresponde à perda do paralelismo entre os olhos.
Lentes prismáticas
Exercício
 01 -
O olho é o senhor da astronomia, autor da
cosmografia, conselheiro e corretor de todas as artes
humanas (...). É o príncipe das matemáticas; suas
disciplinas são intimamente certas; determinou as
altitudes e dimensões das estrelas; descobriu os
elementos e seus níveis; permitiu o anúncio de
acontecimentos futuros, graças ao curso dos astros;
engendrou a arquitetura, a perspectiva, a divina pintura
(...). O engenho humano lhe deve a descoberta do fogo,
que oferece ao olhar o que as trevas haviam roubado.
Leonardo da Vinci, Tratado da pintura.
Exercício
Considere as afirmações abaixo:
 I. O excerto de Leonardo da Vinci é um exemplo do humanismo
renascentista que valoriza o racionalismo como instrumento de
investigação dos fenômenos naturais e a aplicação da perspectiva
em suas representações pictóricas.
 II. Num olho humano com visão perfeita, o cristalino focaliza
exatamente sobre a retina um feixe de luz vindo de um objeto.
Quando o cristalino está em sua forma mais alongada, é possível
focalizar o feixe de luz vindo de um objeto distante. Quando o
cristalino encontra-se em sua forma mais arredondada, é possível a
focalização de objetos cada vez mais próximos do olho, até uma
distância mínima.
 III. Um dos problemas de visão humana é a miopia. No olho míope,
a imagem de um objeto distante forma se depois da retina. Para
corrigir tal defeito, utiliza se uma lente divergente.
Exercício
Está correto o que se afirma em
a) I, apenas.
b) I e II, apenas.
c) I e III, apenas.
d) II e III, apenas.
e) I, II e III.
Exercício
02 - A figura ilustra o esquema, sem escala, de um pequeno
objeto real P, situado sobre o eixo principal de uma lente
delgada Convergente, com os respectivos Focos Principais, F
e F’, e Pontos Antiprincipais, C e C’. A imagem conjugada de P
é ________, ________ e de altura ________ que a do
objeto.
Exercício
A alternativa que preenche, corretamente, na
ordem correta de leitura, as lacunas do texto é
a) virtual, direita, igual ao dobro.
b) virtual, invertida, igual ao triplo.
c) real, direita, igual ao dobro.
Mackenzie
d) real, invertida, igual ao triplo.
e) real, invertida, igual ao dobro.
Exercício Unioeste
A figura abaixo mostra um
feixe de luz de comprimento de
onda ƒ É=632 nm incidindo
sobre um prismade cujo indice
de refracao e n2=1,0. O prisma
encontra-se num ambiente cujo
indice de refracao e n1=3,0 . O
angulo Xo de saida do feixe
será?
Exercício Unioeste
 A. 51°.
 B. o ângulo X° não existe, pois ocorre refração apenas do
meio 1 para o meio 2. Não há feixe refratado do meio 2
para o meio 1.
 C. 48°.
 D. o ângulo X° não existe, pois não ocorre refração do
meio 1 para o meio 2. O feixe é totalmente refletido pela
superfície para esse ângulo de incidência.
 E. o ângulo X° não existe, pois um feixe de luz não pode
se propagar de um meio com índice de refração maior
para outro com índice de refração menor.