Óptica

A nossa visão é um exemplo da parte da Física que estuda as características da luz. Por este motivo, nesta página são apresentados os conceitos introdutórios de óptica.

Luz

A luz se caracteriza por ser uma forma de energia que se propaga em meios materiais e também no vácuo. A luz sai do Sol e demora 8 minutos e 20 segundos para chegar até nós. Este trajeto de 150 milhões de quilômetros é percorrido pela chamada velocidade da luz que é de 300 mil quilômetros por segundo.

O Sol é uma fonte de luz

Importante para nossas vidas.

O homem dominou a luz

O que seria de nós sem a luz?

Raios de luz

Os raios de luz podem ser paralelos, convergentes ou divergentes.

Corpos luminosos

Produzem luz própria, são fontes de luz primária. Exemplos: o Sol, uma lâmpada elétrica, um lampião.

Corpos iluminados

Refletem a luz de uma fonte primária, exemplos: a Lua, uma parede de uma sala que recebe luz de uma lâmpada.

Meios de propagação da luz

Meio transparente, translúcido e opaco.

Princípios da óptica geométrica

Princípio da propagação retilínea da luz

Princípio da independência dos raios de luz

Princípio da reversibilidade da luz

Fenômenos ópticos

Reflexão

É o retorno da energia luminosa para o meio de onde veio, após atingir a superfície que separada dois meios materiais. Este fenômeno obedece às chamadas leis da reflexão:

1ª lei

O raio incidente (RI), o raio refletido (RR) e a reta normal (N), no ponto de incidência, estão em um mesmo plano.

2ª lei

Na reflexão da luz, o ângulo de incidência e o ângulo de reflexão sempre tem o mesmo valor.

Reflexão especular/regular

A luz incide em uma superfície polida como espelhos e é refletida de forma regular, não espalhada, voltando ao meio de origem de modo ordenado.

Reflexão difusa

A luz incide em uma superfície irregular e é refletida de forma espalhada.

Experimento

Observe no experimento a aplicação das duas leis da reflexão.

Refração

É um fenômeno que ocorre na mudança no meio de propagação da luz, na qual a velocidade de propagação muda. É a passagem da luz de um meio para o outro com propriedades distintas. A capacidade de um meio permitir ou não a passagem da luz é medida pelo índice de refração. Quanto maior o índice de refração, menor a velocidade da luz no meio.

Fenômenos relacionados com a refração da luz

Objeto "quebrado"

Altura ou profundidade aparente

Dispersão da luz

Miragem

Dispersão

Neste fenômeno a luz policromática, ao se refratar, decompõe-se nas cores componentes. Esse fenômeno ocorre devido ao índice de refração depender da cor da luz incidente.

Isaac Newton, em 1666, observou que existem várias cores que compõe a luz branca. Também mostrou que era possível recompor a luz policromática original. Para decompor a luz foi usado um prisma e para recompor Newton usou dois prismas.

Dispersão da luz

Neste vídeo são explicados mais detalhes sobre a dispersão da luz, veja o vídeo e aprenda mais.

Absorção

Neste fenômeno existe a transformação da energia luminosa em outros tipos de energia, como a energia química, elétrica ou térmica. É a perda de intensidade de uma onda eletromagnética visível que passa através de um meio material. Nesta perda a energia é absorvida pelos átomos e convertida em outras tipos de energia. A fotossíntese é um exemplo de absorção da luz, que fornece energia para a manutenção dos processos metabólicos pelos vegetais.

Desvio da LuzExplore o desvio da luz entre dois meios com diferentes índices de refração. Veja como atravessar do ar para um copo d'água muda o ângulo de flexão. Use prismas de diferentes formas e crie arco-íris.

Fenômenos ópticos - Brasil EscolaFenômenos ópticos são eventos muito presentes em nosso dia a dia decorrentes da interação da luz com a matéria. Entre os mais importantes fenômenos ópticos, podemos ressaltar a reflexão, a refração, a absorção, o espalhamento e a interferência da luz.

Luz e cores

A luz branca (policromática) é resultante da composição de luzes de diferentes cores. A luz do Sol é branca e ao passar por processos de refração se decompõe em 7 cores (vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta).

A luz monocromática é aquela emitida por uma fonte de luz de uma única cor.

Uma maçã ao ser iluminada por uma luz branca fica vermelha, pois reflete difusamente a componente vermelha e absorve as demais componentes.

Se um corpo, iluminado pelo Sol, não absorve nenhuma componente ele se apresenta na cor branca, ou seja, é um corpo branco.

Se um corpo não reflete nenhuma componente, absorvendo todas as cores ele é um corpo negro.

Cores

Também chamadas de aditivas, as cores primárias são o vermelho, azul e verde. Podemos juntar estas cores e formar cores complementares. Vermelho com verde resulta em amarelo, verde com azul resulta em ciano e azul com vermelho resulta em magenta.

‪Visão de Cor‬ 1.1.24

Eclipses

Eclipse lunar

Ocorre quando a Terra está alinhada entre o Sol e a Lua. O eclipse lunar é a sombra da Terra na Lua.

Eclipse solar

Ocorre quando a Lua está alinhada entre o Sol e a Terra. O eclipse solar ocorre quando a Lua "tampa" o Sol.

A Lua é uma fonte de luz secundária, pois reflete a luz do Sol que é uma fonte de luz primária.

Câmara escura

Câmara escura de orifício

Exercícios sobre a câmara escura de orifício

O Teorema de Tales e a luz

Tales de Mileto

Veja um pouco da história deste grande pensador grego e aprenda sobre várias de suas contribuições.

Teorema de Tales

Neste teorema utilizamos o princípio da propagação retilínea da luz para calcular tamanhos e distâncias.

Aula 1: Teorema de Tales

Aula 2: Teorema de Tales

Exercícios com o Teorema de Tales

O Teorema de Tales e a câmara escura de orifício

Neste vídeo temos exemplos de exercícios sobre o conteúdo:

Experimento de óptica

A luz que faz curva na água

Experimento de óptica

Garrafa que some - Refração da luz

Aprendeu como podemos usar a óptica geométrica para calcular distâncias? Então faça os exercícios abaixo:

1) (UFVJM-MG) Para determinar a altura de uma palmeira, um fazendeiro mediu a sombra que essa árvore fazia no chão (3,0 m) e a sombra que uma vara de 90 cm, cravada no chão próxima à árvore, também fazia (30 cm). Assinale, a alternativa que indica a altura da palmeira. a) 10 m b) 1,0 m c) 90 m d) 9,0 m

2) (FEEQ-CE) Um grupo de escoteiros deseja construir um acampamento em torno de uma árvore. Por segurança, eles devem colocar as barracas a uma distância tal da árvore que, se esta cair, não venha a atingi-los. Aproveitando o dia ensolarado, eles mediram, ao mesmo tempo, os comprimentos das sombras da árvore e de um deles, que tem 1,5 m de altura. Os valores encontrados foram 6,0 m e 1,8 m, respectivamente. A distância mínima de cada barraca à árvore deve ser de:

a) 6,0 m b) 3,0 m c) 5,0 m d) 2,0 m e) 4,0 m

3) Um estudante percebe que um lápis colocado na vertical, encobre visualmente 15 andares de um prédio que está a 90 m de distância. Se ele reduzir sua distância a 2/3 da inicial e mantiver todas as outras características da situação, qual o número de andares que serão encobertos?

4) (ENEM) A sombra de uma pessoa que tem 1,80 m de altura mede 60 cm. No mesmo momento, a seu lado, a sombra projetada de um poste mede 2 m. Se, mais tarde, a sombra do poste diminuiu 50 cm, a sombra da pessoa passou a medir:

a) 30 cm d) 80 cm b) 45 cm e) 90 cm c) 50 cm

5) (Unitau-SP) Um homem caminha, à noite, afastando-se de um poste luminoso. A altura do poste é 6,0 m e a do homem, 2,0 m. Caminhando este a 4,0 km/h, com que velocidade escalar se move o ponto M (extremidade da sombra do homem)?

Espelhos planos

Cada ponto do objeto é refletido na mesma distância no espelho plano, observe a figura e veja que os pontos da letra F estão a uma mesma distância na imagem no espelho. As imagens obtidas são chamadas de enantiomorfas.

Principais características: a imagem é virtual e possui o mesmo tamanho do objeto e a distância do objeto ao espelho e da imagem ao espelho são iguais.

Exercícios sobre formação de imagens em espelhos planos

(UF-ACRE) Sentado na cadeira de uma barbearia, um rapaz olha no espelho a imagem do barbeiro, em pé atrás dele. As dimensões são dadas na figura. A que distância (horizontal) dos olhos do rapaz fica a imagem do barbeiro?

a) 0,50 m b) 0,80 m c) 1,30 m d) 1,60 m e) 2,10 m

(Uern 2013) Na noite do réveillon de 2013, Lucas estava usando uma camisa com o ano estampado na mesma. Ao visualizá-la através da imagem refletida em um espelho plano, o número do ano em questão observado por Lucas se apresentava da seguinte forma:

Associação de espelhos planos e número de imagens

Associação de espelhos planos

Observe que o número de imagens depende do ângulo entre os espelhos.

Exemplo de associação de espelhos

Qual será o ângulo entre os dois espelhos?

Exercícios sobre associação de espelhos planos

1) (FAAP-SP) Com três bailarinas colocadas entre dois espelhos planos fixos, um diretor de cinema consegue uma cena onde são vistas no máximo 24 bailarinas. O ângulo entre os espelhos vale:

a) 10° b) 45° c) 25° d) 60° e) 30°

2) (Cefet-PR) Dois espelhos planos fornecem de um objeto 11 (onze) imagens. Logo, podemos concluir que os espelhos podem formar um ângulo de:

a) 10° d) 36° b) 25° e) 72° c) 30°

3) (Cesupa) Três objetos são colocados entre dois espelhos planos verticais articulados. A seguir, ajusta-se a abertura entre os espelhos até visualizar um total de 18 objetos (3 objetos reais e mais 15 imagens). Nessas condições, podemos afirmar que a abertura final entre esses espelhos será:

a) zero b) 60º c) 30º d) 90º e) 45º

4) (UFPR) Um objeto luminoso está colocado entre dois espelhos planos que formam entre si um ângulo de 24º. Determine o número de imagens formadas.

5) (ESPM-SP) Uma foto de um casal é tirada entre dois espelhos planos verticais que formam um ângulo de 60º entre si. Qual é a quantidade de indivíduos que aparecem na foto?

6) (FUVEST-SP) Dois espelhos planos verticais formam um ângulo de 120º. Um observador entre os dois espelhos verá quantas imagens de si mesmo?

7) (UNICAMP-SP) Com apenas 6 soldados colocados entre dois espelhos planos verticais fixos, um diretor de cinema consegue fazer uma tomada que aparenta ter 72 soldados. Qual é o ângulo entre os espelhos?

8) (UFSCAR-SP) O ângulo formado entre dois espelhos planos angulares quando um único objeto é colocado entre eles é o quíntuplo do número de imagens obtidas. a) Qual é o ângulo entre os espelhos? b) Qual é o número de imagens formadas?

Quer aprender mais? Olhe que sites legais sobre este conteúdo (clique nos títulos) :

Física vestibular

Espelhos esféricos

Espelho côncavo

É um segmento de uma superfície esférica que possui sua parte interna refletida.

Espelho convexo

É um segmento de uma superfície esférica que possui sua parte externa refletida.

Imagem em espelhos esféricos

Exercícios sobre espelhos esféricos

1) (UDESC 2017/1) Um lápis foi colocado a 30,0 cm diante de um espelho esférico convexo de distância focal igual a 50,0 cm, perpendicularmente ao eixo principal. O lápis possui 10,0 cm de comprimento. Com base nestas informações, pode-se afirmar que a posição e o tamanho da imagem do lápis são, respectivamente:

A) 75,0 cm e -25,0 cm

B) 18,75 mm e -6,25 mm

C) -75,0 cm e 25,0 cm

D) 75,0 cm e 6,25 cm

E) -18,75 cm e 6,25 cm

2) (Unespar 2016) Considere um objeto de 12 cm colocado a 10 cm de um espelho esférico convexo. Sabendo que a imagem é virtual e possui 6 cm de altura, a distância da imagem até o vértice do espelho e o raio de curvatura deste espelho são, respectivamente:

A) Di = - 20 cm; R = 120 cm;

B) Di = - 2 cm; R = 20 cm;

C) Di = - 10 cm; R = 10 cm;

D) Di = - 20 cm; R = 20 cm;

E) Di = - 5 cm; R = - 20 cm.

3) FCC (2016) Um espelho esférico côncavo de raio de curvatura 36 cm fornece, de um objeto real colocado entre o vértice e o foco do espelho, uma imagem ampliada três vezes. A distância do objeto ao vértice do espelho é, em cm,

A) 12 B) 9,0 C) 10 D) 7,5 E) 15

4) Um espelho côncavo será utilizado para a obtenção de uma imagem de um determinado objeto. As características desejadas para essa imagem são: real, invertida e de tamanho maior do que o objeto. Em relação ao eixo principal do espelho, o objeto deve ser posicionado

A) sobre o foco

B) entre o foco e o vértice

C) após o centro de curvatura

D) sobre o centro de curvatura

E) entre o centro de curvatura e o foco

Lentes esféricas

Exercícios sobre lentes esféricas

Veja exemplos de exercícios sobre lentes esféricas

Exercícios sobre lentes esféricas

Refaça os exercícios do vídeo para compreender os conteúdos

Exercícios sobre lentes esféricas

1) A distância focal de uma lente convergente é 15 cm. Caracterize as imagens formadas como real ou virtual, direita ou invertida, menor ou maior para um objeto colocado nas seguintes posições em relação a essa lente:

a) objeto localizado a 40 cm da lente;

b) objeto localizado a 25 cm da lente;

c) objeto localizado a 10 cm da lente.

2) (FUND. CARLOS CHAGAS) Uma lente, feita de material cujo índice de refração absoluto é 1,5, é convergente no ar. Quando mergulhada num líquido transparente, cujo índice de refração absoluto é 1,7, ela:

a) será convergente;

b) será divergente;

c) será convergente somente para a luz monocromática;

d) se comportará como uma lâmina de faces paralelas;

e) não produzirá nenhum efeito sobre os raios luminosos.

3) (CESGRANRIO) Um objeto real é colocado perpendicularmente ao eixo principal de uma lente convergente de distância focal f. Se o objeto está a uma distância 3f da lente, a distância entre o objeto e a imagem conjugada por essa lente é:

a) f/2

b) 3f/2

c) 5f/2

d) 7f/2

e) 9f/2

4) (UFRJ) É sabido que lentes descartáveis ou lentes usadas nos óculos tradicionais servem para corrigir dificuldades na formação de imagens no globo ocular e que desviam a trajetória inicial do feixe de luz incidente na direção da retina. Sendo assim, o fenômeno físico que está envolvido quando a luz atravessa as lentes é a:

a) reflexão especular.

b) difração luminosa.

c) dispersão.

d) difusão.

e) refração luminosa.

5) (U.F. OURO PRETO) Uma lente esférica de vidro, delgada, convexo-côncava, tem o raio da superfície côncava igual a 5,0 cm e o da convexa igual a 20 cm. Sendo o índice de refração do vidro, em relação ao ar, n = 1,5, para uma dada luz monocromática, a convergência dessa lente é igual a: