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A Óptica do dia-a-dia

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— 2.2. Conceitos básicos fundamentais de Óptica Geométrica. —

Já vimos que a luz é onda electromagnética, e no espectro electromagnético, vimos que não existem luz branca e nem luz preta, ou seja, não há no espectro da luz visível cor branca, nem preta. Porquê?

O espectro da luz visível apresenta apenas as ondas com c.d.o. de { 400 nm} a {700 nm} (de {400} a {700\times10^{-9} m}), com frequências correspondentes a aproximadamente {750 THz} a {430 THz} (de {7,5} a {4,3 \times 10^{14} Hz}). Diferentes partes do espectro visível provocam nos seres humanos sensações de cores diferentes. Nem todos distinguem as cores da mesmas forma.

Os comprimentos de onda para cores no espectro visível são fornecidos (de forma muito aproximada ) na lista abaixo:

  • De 400 a 440 nm – Violeta.
  • De 440 a 480 nm – Azul.
  • De 480 a 560 nm – Verde.
  • De 560 a 590 nm – Amarelo.
  • De 590 a 630 nm – Laranja.
  • De 630 a 700 nm – Vermelho.

De modo geral, quanto a composição ou espectro, um feixe de luz pode ser monocromático ou policromático. O termo “croma” é usado para transmitir a ideia de cor.

Um feixe monocromático é aquele feixe que contem vários ondas electromagnéticas, mas de um único comprimento de onda (c.d.o.). Um feixe policromático é um feixe que é constituído de várias ondas com diferentes comprimentos de onda. A maioria das fontes ordinárias são fontes policromáticas. Ex: Lâmpadas incandescentes, Lâmpadas Fluorescentes, etc. Muitas vezes, até as lâmpadas que emitem luz de uma certa cor (por exemplo, verde) são policromáticas. Elas emitem, na verdade, ondas de diferentes c.d.o., sendo que o comprimento de onda médio ou o comprimento de onda dominante é o que corresponde a cor verde.

Poderíamos nos questionar: como sabemos que são policromáticas?

Existem muitos experimentos para separar as várias ondas luminosas de diferentes comprimentos de onda. Um dos experimentos mais clássicos é o prisma, experiência feita por Isaac Newton, que provou que a luz branca não é monocromática, mas sim um feixe policromático formado pela sobreposição de diversas ondas com os mais variados comprimentos de onda. Outra forma é usando redes de difração, que veremos em capítulos posteriores.

Figura 16: Dispersão da luz branca num prisma.

Todo feixe de luz branca é policromático. Para obteres um feixe de luz branca, precisas de pelo menos luz vermelha, luz verde e luz azul. Com um feixe policromático com este conjunto de cores, através do modelo conhecido como RGB (Red, Green, Blue), consegue-se reproduzir satisfatoriamente muitas das cores do espectro da luz visível. Isto é aplicado nos televisores a cores e outros display’s, bem como na iluminação de espetáculos e outros.

E quanto a cor preta?

Não existe luz preta. o termo preto (escuro) é usado para designar a ausência de luz. Repare que quando fechamos os olhos, ou quando estamos num local sem luz, não conseguimos ver. Dizemos que está escuro.

E as luzes negras? As chamadas luzes negras são apenas fontes de luz que emitem comprimento de ondas próximos do ultravioleta, que a maioria dos objectos não consegue refletir, excepto os objectos brancos. As Fontes de luz podem ser classificadas em:

  • Fontes primárias – são os corpos que emitem luz produzida por eles mesmos (corpos luminosos). Ex: O Sol, a chama de uma vela, lâmpadas elétricas, etc.
  • Fontes secundárias – são os corpos que reenviam para o espaço a luz que recebem de outros corpos (corpos iluminados). Ex: Lua, parede, roupas, etc.

Um conjunto de raios de luz constitui um feixe de luz. Este pode ser convergente, divergente ou paralelo.

Figura 17: Feixes convergentes, divergentes e paralelos.

Considere um feixe de raios paralelos propagando-se num meio (1) (por exemplo, ar) e incidindo sobre a superfície plana {S} de separação de um meio (2) (por exemplo, água, papel, chapa metálica polida, etc.). Vimos que dependendo da natureza do meio (2) e da superfície S, ocorrem simultaneamente, com maior ou menor intensidade, os seguintes fenómenos: reflexão, refração e absorção. Em função do tipo de superfície de separação, a reflexão pode ser:

  • Reflexão regular: o feixe de raios paralelos que se propaga no meio (1) incide sobre a superfície S e retorna ao meio (1), mantendo o paralelismo. É o que acontece, por exemplo, sobre a superfície plana e polida de um metal.
  • Reflexão difusa: o feixe de raios paralelos que se propaga no meio (1) incide sobre a superfície S e retorna ao meio (1), perdendo o paralelismo e espalhando-se em várias direções. A difusão é devida as irregularidades da superfície. A reflexão difusa é responsável pela visão dos objetos que nos cercam. Por exemplo, vemos uma parede porque ela reflete difusamente para nossa vista a luz que ela recebe, não importando a posição onde nos encontremos. Ela espalha os raios de luz para todas as direcções.

Figura 18: Reflexão regular.[1]

Figura 19: Reflexão difusa. [1]

Se o segundo meio for transparente, dependendo do angulo de incidência, e dos índices de refração, poderá ocorrer também a refração.

Figura 20: Refracção. [1]

Os meios onde a luz se refrata podem ser classificados em :

  • Transparentes: Permitem a passagem de luz. Os objetos são vistos com nitidez. há uma refração regular. Ex: vidro comum, água em pequenas camadas, o ar, etc.
  • Translúcidos: permitem a passagem parcial da luz, ocasionando a formação de uma imagem sem nitidez. Há uma refração difusa. Ex: vidro fosco, papel vegetal, etc.
  • Opacos: não permitem a passagem de luz. apenas ocorre a reflexão e a absorção, ou só uma delas. Ex: madeira, concreto, etc.

Figura 21: Tipos de meios (a) Trasnparentes, (b)Translúcidos e (c) Opacos. [1]

Como a Óptica explica a cor dos objectos? De acordo com o tema anterior, sempre que a luz incide sobre a superfície de separação entre dois meios, parte da luz incidente reflete-se, outra parte refrata-se e outra parte é absorvida, dependendo das propriedades das substâncias que constituem estes meios.

Existem alguns corpos que têm capacidade de refletir todas as cores do espectro visível. Estes objectos são ditos, objectos de cor branca. Porquê? Porque são os únicos que conseguem, ao incidir luz branca sobre eles, refletir um feixe com a mesma cor branca. Um objecto branco reflete a cor exacta do do feixe que inside sobre ele. Se fores num local escuro e incidires luz vermelha sobre ele, ele vai parecer vermelho (vai refletir a cor vermelha). O mesmo acontece com todas as outras cores.

Já um objecto colorido (por exemplo, vermelho), sempre que um feixe de luz incide sobre ele, ele apenas reflete as ondas cujo comprimento de onda corresponde ou se avizinha ao que ele tem capacidade de refletir. Absorve todos outros c.d.o’s. Quando um objecto vermelho, por exemplo recebe luz branca, só reflete a componente vermelha e absorve todas as outras. Quando incide luz azul monocromática sobre ele, absorve tudo e não reflete nada.

Um objecto preto é aquele que apresenta um baixo coeficiente de reflexão, ou seja, absorve quase toda a radiação que incide sobre ele. Por isso é que a roupa preta aquece mais do que a roupa branca.

 

— Referências Bibliográficas —

 

[1] Lilia Coronato Courrol & André de Oliveira Preto. APOSTILA TEÓRICA: ÓPTICA TÉCNICA I,  FATEC-SP, [s.d.].

[2] Jaime Frejlich. ÓPTICA: TRANSFORMAÇÃO DE FOURIER E PROCESSAMENTO DE IMAGENS, Universidade Federal de Campinas – SP, [2010].

[3] Sérgio C. Zilio. ÓPTICA MODERNA: FUNDAMENTOS E APLICAÇÕES, [2010].

[4] Renan Schetino de Souza. ÓPTICA GEOMÉTRICA, [2012].

[5] Hugh D. Young & Roger Freedman. FÍSICA IV: ÓPTICA E FÍSICA MODERNA, (2009)

[6] Hugh D. Young & Roger Freedman. FÍSICA III: ELECTROMAGNETISMO, (2009)

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