Mêcanica Geral

INTRODUÇÃO

Neste trabalho iremos abordar o assunto sobre óptica que é o ramo da física que estuda os fenômenos relacionados à luz. A óptica explica os fenômenos da reflexão, refração e difração. O estudo da óptica divide-se em duas partes:

Óptica geométrica: nessa parte são estudados os fenômenos ópticos relacionados às trajetórias seguidas pela luz. Para isso é necessária à noção de raio de luz e as leis que regulamentam o comportamento desses raios.

Óptica física: é a parte da óptica que estuda os fenômenos ópticos, levando em conta a teoria sobre a composição da luz.

DESENVOLVIMENTO

1- As leis da óptica geométrica

A reflexão da luz é um dos fenômenos ópticos mais importantes do nosso cotidiano: graças a ela conseguimos enxergar tudo o que nos rodeia. O mecanismo que descreve esse fenômeno é bem simples. Uma fonte de luz emite raios luminosos que incidem nos objetos que estão a sua volta. Após incidirem nos objetos, esses raios voltam ao meio de onde vieram e assim chegam aos nossos olhos.

Dependendo do objeto, a luz que é refletida chega com maior ou menor intensidade, pois ela pode ser mais ou menos absorvida. Os objetos de superfície clara apresentam uma maior reflexão da luz, enquanto os de superfície escura têm maior absorção.

A reflexão é fenômeno no qual uma propagação energética periódica (onda) volta ao ponto de origem após atingir determinado ponto. Essa propagação energética pode ser mecânica (como uma sucessão de ondas em uma corda) ou eletromagnética (propagação da luz), entretanto, por ser mais voltado ao estudo da física óptica, trataremos da reflexão da luz incidente sobre uma superfície. Para isso, é necessária a apresentação de alguns conceitos:

Reta Normal

Quando a luz é refletida, mede-se o ângulo de incidência (i), e o ângulo de reflexão (r), como o desvio dos feixes em relação a uma reta perpendicular (N) ao espelho:

Ângulo de Incidência

O ângulo de incidência é o respectivo ângulo (a partir da reta N) no qual um feixe de luz sobrevém numa face espelhada. Sendo que, a reflexão realmente acontece se o ângulo i for diferente de 90° (feixe paralelo ao espelho).

Ângulo de Reflexão

O ângulo de reflexão é o respectivo ângulo (a partir da reta N) no qual um feixe de luz provém de uma face espelhada. Sendo assim, r é sempre diferente de 90°.

Leis da Reflexão

1. A primeira lei da reflexão diz que o raio incidente, o raio refletido e a reta Normal são coplanares, ou seja, coexistem no mesmo plano geométrico;

2. O ângulo refletido é igual ao ângulo de incidência.

De forma análoga, a figura (b) representa as duas leis:

As leis da reflexão podem ser analisadas pela teoria corpuscular da luz: seria a colisão dos fótons com a superfície espelhada. De forma análoga à colisão de uma esfera completamente elástica, inclinada a um determinado ângulo, com uma superfície. Nesse caso, não haveria perdas energéticas e a esfera sairia da superfície em movimento ascendente e com direção igual à de chegada.

2 - Formação de imagens em espelhos e lentes

É um sistema óptico de espelhos constituído por superfícies planas e polidas, capazes de refletir regularmente a luz, como acontece com a superfície do mercúrio em equilíbrio numa cuba, a superfície de um lago, o vidro de uma janela, ou mesmo a reflexão de uma colher. Para que a superfície considerada seja um bom espelho é ainda necessária que a variação do poder refletor com o ângulo de incidência seja a menor possível. Por esta razão os espelhos devem ser superfícies metálicas. Nos espelhos comuns, o vidro é usado como uma proteção transparente para que a camada metálica não sofra ação do ar e da umidade, impedindo ainda, a remoção por agentes mecânicos. Uma camada de verniz superposta à camada metálica completa a proteção.

Figura 1 – Exemplo de espelho plano

Um espelho plano forma de um objeto real, uma imagem virtual, direita, de mesmo tamanho e simetria. A distância do objeto ao espelho é igual a distância da imagem ao espelho. Se o objeto for virtual, a imagem será real. Um exemplo de imagem real produzida por um espelho plano é a imagem projetada por um retroprojetor. Não podemos confundir, a nossa imagem produzida pelo espelho plano com a maneira que nos vemos nesse espelho. Quando nos vemos num espelho plano, estamos vendo a imagem real projetada em nossa retina pelo sistema de lentes do olho e o tamanho da imagem varia com a distância ao espelho plano. Quando nos afastamos do espelho plano vemos nossa imagem menor. Os raios que partem de um objeto, diante de um espelho plano, refletem-se no espelho e atingem nossos olhos. Assim, recebemos raios luminosos que descreveram uma trajetória angular e temos a impressão de que são provenientes de um objeto atrás do espelho, em linha reta.

Figura 2 – Formação da imagem no espelho plano

Um caleidoscópio funciona segundo o princípio de reflexão múltipla, em que vários espelhos estão juntos. Normalmente há três espelhos longitudinalmente retangulares. Configurando os espelhos com diferença angular de 60 graus entre eles, de modo que forme um triângulo. À medida que o tubo é rodado, as quedas dos objetos coloridos apresentam cores diferentes e padrões. Esses padrões arbitrários mostram-se como um belo desenho simétrico criado pelos anti reflexos. Um caleidoscópio de dois espelhos produz um padrão isolado contra um fundo preto sólido, enquanto o de três espelhos (triângulo fechado) produz um padrão que preenche o campo inteiro. Os caleidoscópios modernos são feitos de tubos de bronze, vitrais, madeira, aço, etc. A parte contendo objetos a serem vistos é chamado de "câmara