A palavra Óptica é originária do grego optike e significa ”relativo à visão”. A óptica geométrica pretende abordar objetividade o estudo da luz e dos fenômenos luminosos em geral, como o comportamento da luz, a reflexão e a refração da luz.
Para se compreender melhor o conteúdo que há por trás da luz, precisaremos saber quais são os conceitos básicos dos fenômenos que compreendem o estudo de espelhos planos.
Luz: é uma forma de energia radiante, propagada em ondas eletromagnéticas no vácuo e também em alguns meios materiais. Sua velocidade no vácuo é de 300.000km/s.
Raio de Luz: É a forma de representação geométrica da trajetória que a luz percorre. Indica qual a sua direção e qual o sentido de sua propagação. Por exemplo, considerando uma fonte puntiforme onde são emitidos infinitos raios de luz, porém somente alguns deles chegarão a um observador. O raio de luz é representado por um segmento de reta de acordo com o sentido de sua propagação.
Feixes de Luz: São um conjunto de inúmeros raios de luz. Um feixe luminoso pode ter três formas, sendo elas: cônico convergente, que é quando todos os raios de luz convergem apenas para um único ponto; cônico divergente, quando todos os raios de luz se divergem a partir de um único ponto; cilíndrico paralelo, ocorre quando os raios de luz são paralelos entre si.
Fontes de Luz: Tudo aquilo que pode ser captado pelos nossos olhos, ou por outros equipamentos de captura de imagens como as câmeras fotográficas, caracteriza a luz de corpos luminosos que são refletidas de forma difusa pelos corpos ao nosso redor. Ou seja, as fontes de luz são todos os corpos que podem receber luz, sendo eles classificados como fontes primárias ou secundárias.
- Fontes de Luz Primárias: são corpos que emitem luz própria, tais como o Sol, as estrelas, o fogo ou uma lâmpada acesa. São conhecidas como corpos luminosos.
- Fontes de Luz Secundárias: são corpos que transmitem a luz que recebem de outras fontes, tais como, a Lua, os planetas, os animais e todos os objetos visíveis que não possuem luz própria.
Modelo de Raios Luminosos da Óptica Geométrica
O modelo de raios luminosos da luz é baseado no princípio de que a luz se propaga em todas as direções e em linha reta. Há vários exemplos que comprovam essa propagação retilínea, como por exemplo os eclipses solares e lunares e a disposição das sombras. É por isso que as sombras surgem sempre do lado oposto ao da luz.
Porém, é importante observar que a propagação da luz é retilínea apenas em meios transparentes e homogêneos, onde a luz pode atravessar, permitindo assim uma visão nítida através deles.
Meios de Propagação da Luz
Meio transparente: quando este permite a propagação regular da luz. Ou seja, se um objeto for colocado atrás dele, poderá ser percebido detalhadamente, com nitidez. Exemplos: papel celofane, vidro, ar, alguns corpos d'água etc.
Meio translúcido: é quando a propagação da luz ocorre de modo irregular, sendo assim, são meios intermediários, onde o observador consegue enxergar o objeto, porém sem nitidez. Exemplos: papel vegetal, vidro fosco etc.
Meio opaco: é aquele que não permite a propagação de luz e não permite ao observador enxergar o que há por trás. Exemplos: tijolo, madeira, pele humana etc.
Sombra e Penumbra
As sombras e penumbras são formadas quando um objeto opaco é posto entre a fonte de luz e o observador. A diferença entre sombra e penumbra está justamente na posição e no tamanho da fonte de luz e do objeto opaco.
As sombras são formadas quando um objeto opaco está na frente de uma fonte pontual de luz, recebendo assim, uma parcela dos raios de luz. Sendo assim, a parte atrás do objeto opaco, ficará escura. Essa região que não foi atingida pelos raios de luz é chamada de sombra, que é entendida como uma região onde não há incidência de luz.
Já as penumbras são formadas quando a fonte de luz for extensa, então haverá a formação da sombra e consequentemente, o surgimento de um contorno mais claro em torno da sombra. Este contorno, é chamado de penumbra. Sendo assim, a penumbra é uma região onde somente alguns pontos são iluminados.
Princípios da Óptica Geométrica
- Princípio da Propagação Retilínea dos Raios Luminosos: Em meios homogêneos, transparentes e isotrópicos, os raios de luz se propagam em linha reta. Este princípio pode ser verificado quando, por exemplo, um objeto quadrilátero é projetado sobre uma superfície plana e sua sombra também quadrada.
- Princípio da Independência dos Raios de Luz: quando dois raios ou feixes de luz se cruzam, continuam suas trajetórias individualmente. Ou seja, um raio não interfere na trajetória de outro. Este princípio pode ser verificado quando, por exemplo, as luzes de holofotes se cruzam, elas não se fundem e continuam a iluminar da mesma forma.
- Princípio da Reversibilidade dos Raios de Luz: O caminho seguido pelo raio de luz independe do sentido da propagação. Ou seja, o sentido de propagação de um raio de luz for revertido, ele continuará percorrendo a mesma trajetória, porém em sentido contrário. Este princípio pode ser verificado, por exemplo, numa situação onde um motorista um passageiro no banco de trás, conversam um olhando para o outro por meio do espelho do retrovisor central.
Fenômenos relacionados à óptica geométrica
- Eclipses: É um fenômeno natural que acontece relativamente frequentemente. Como o Sol, a Lua e a Terra são corpos esféricos, considerações anteriores sobre sombra e penumbra, são aplicáveis. O eclipse Solar ocorre quando a Lua se entrepõe entre o Sol e a Terra. Desse modo, o Sol fica eclipsado pela Lua. Já o eclipse Lunar acontece quando a Terra se entrepõe entre o Sol e a Lua, nesse caso, o objeto opaco é a Terra, que sombreia a Lua. É importante lembrar que os Eclipses solares somente ocorrem durante a fase de Lua Nova e o eclipse lunar só ocorre em fase de Lua Cheia
- Fases da Lua: As fases da lua também configuram um fenômeno onde pode-se observar a presença da óptica geométrica. O movimento de translação faz com que a posição da Terra interfira no modo como a luz do Sol reflete na Lua. Desse modo, enxergamos a Lua de diversos tamanhos, de acordo com a posição da Terra dentre os dois astros.
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