Luz

Sinais luminosos

Um sinal luminoso é toda e qualquer forma de comunicar usando a luz.
Os sinais luminosos são usados em faróis, semáforos, anúncios, etc.

Triângulo de visão

Propagação da luz

A luz propaga-se em linha reta em todas as direções, sempre que a sua velocidade de propagação é constante num dado meio- meio isotrópico.

Raio luminoso - cada uma das direções retilíneas segundo a qual a luz se propaga. 

As fontes luminosas emitem feixes de raios luminosos.

Ao se propagar a luz pode atravessar materiais transparentes e translúcidos, mas não atravessa materiais opacos.

Materiais transparentes - permitem os raios de luz os atravessem completamente. Ex: água e vidro.

Materiais translúcidos - permitem que os raios de luz os atravessem parcialmente. Ex: papel fino.

Materiais opacos - não permitem que os raios de luz os atravessem. Ex: parede.

Devido à propagação retilínea da luz, sempre que um feixe de luz é interceptado por um material opaco, surge uma zona de sombra e uma zona de penumbra.

Corpos luminosos e iluminados 
Corpos luminosos - todos os corpos que produzem ou têm luz própria.
Corpos iluminados - objetos que não possuem luz própria, refletindo ou transmitindo a luz que recebem de um corpo luminoso.

Triângulo de visão

Para observar um objeto é necessário que este emita parte (ou totalidade) da luz que recebeu, de uma fonte luminosa, para um detetor. O objeto, a fonte luminosa e o detetor constituem o triângulo de visão.

Espelhos

Reflexão da luz

Reflexão da luz - é mudança de direção ou sentido que ocorre quando os raios luminosos incidem em certas superfícies, continuando a luz a propagar-se no mesmo meio (meio óptico).

Superfícies polidas -  Todos os raios paralelos de um feixe são desviados na mesma direção e ocorre a reflexão regular da luz.

Superfícies rugosas - Os raios paralelos de um feixe são desviados em direções diferentes, porque nem todos os raios daquele incidem com o mesmo ângulo, devido às rugosidades da superfície e dá-se a difusão da luz.

Leis da reflexão da luz

a - raio incidente;

b - normal (reta imaginário perpendicular à superfície do ponto de incidência);

c - raio refletido;

d - ângulo de incidência;

e - ângulo de reflexão;

f - ponto de incidência;

g - superfície espelhada.

Leis da reflexão da luz:

• o raio incidente, o raio refletido e a normal estão no mesmo plano;
• os ângulos de incidência e de reflexão têm a mesma amplitude.

Formação de imagens num espelho plano
Espelhos - superfícies polidas que refletem regularmente a luz e permitem obter imagens nítidas dos objetos. Existem espelhos com superfícies planas e curvas.

Características das imagens obtidas nos espelhos planos:

• são direitas e do mesmo tamanho que o objeto;
• estão à mesma distância do espelho que o objeto;
• são virtuais (não se conseguem projetar num alvo);
• são simétricas.

Espelhos esféricos

Nos espelhos côncavos, os raios incidentes paralelos ao eixo principal quando são refletidos convergem para um ponto, que se designa foco principal do espelho (F).

Nos espelhos convexos, os raios incidentes paralelos ao eixo principal quando são refletidos divergem. Os prolongamentos dos raios refletidos encontram-se num ponto, o foco principal do espelho (F).

Características das imagens obtidas com espelhos esféricos

As imagens obtidas com espelhos esféricos são simétricas.

As imagens obtidas nos espelhos côncavos dependem da posição a que o objeto se encontra do espelho, podendo assim ser:

• reais, invertidas e menores do que os objetos;
• reais, invertidas e maiores do que os objetos. Ex: telescópio refletor;
• virtuais, direitas e maiores do que os objetos. Ex: espelho de maquilhagem.

As imagens obtidas nos espelhos convexos não dependem da posição do objeto em relação ao espelho e por isso são:

• virtuais, direitas e menores do que o objeto. Ex: espelho de segurança de supermercado.

Fibras ópticas

Refração da luz 
Refração da luz -  fenómeno que ocorre quando a luz passa de um meio óptico para outro, onde a velocidade de propagação é diferente.

i - ângulo de incidência

r - ângulo de refração

Verifica-se que:

• o raio refratado se aproxima da normal quando a velocidade no segundo meio é inferior à velocidade no primeiro meio; caso contrário, afasta-se da normal;
• não há mudança de direção quando o ângulo de incidência é 0º, ou seja quando o raio incide perpendicularmente à superfície de separação dos meios.

Em simultâneo com a refração, pode ocorrer reflexão na superfície de separação dos meios.

O lápis aparenta estra partido na zona de separação do ar e do líquido, devido à refração da luz.

Reflexão total

Quando o ângulo de incidência ou de refração tem maior amplitude que o ângulo limite (L) acontece a reflexão total.

Fibras ópticas

Fibras ópticas - tubos finíssimos feitos de vidro ou de plástico, nos quais a luz se propaga sem se transmitir para o exterior, devido ao fenómeno de reflexão total. 

Nas fibras óticas mais antigas, há um conjunto de dois tubos com características diferentes. A velocidade de propagação da luz é maior no tubo externo do que no interno. Assim, se a luz incidir na superfície de separação dos dois tubos com um ângulo superior ao crítico, ocorre reflexão total. A luz propaga-se a grandes distâncias com pouca diminuição da sua intensidade.

Aplicações das fibras óticas

As fibras óticas têm aplicações:

• nas telecomunicações;
• na medicina - técnica de endoscopia, por exemplo.

Lentes

Lentes

Lentes - corpos transparentes, geralmente de vidro ou de plástico tratado, limitados por uma ou duas superfícies curvas. Sendo um meio ótico diferente do ar, ao passar do ar para a lente, a luz sofre refração, e volta a sofrer refração quando passa da lente para o ar.

Características da imagens obtidas com lentes convergentes e divergentes

As imagens obtidas nas lentes covergentes podem ser:

• reais, invertidas e menores do que os objetos; Ex: máquina fotográfica, cristalino do olho;
• reais, invertidas e maiores do que os objetos. Ex: projetor de slides;
• virtuais, direitas e maiores do que os objetos. Ex: lupa.

As imagens obtidas nas lentes  divergentes são:

• virtuais, direitas e menores do que o objeto. Ex: lentes dos óculos das portas exteriores das casas.

Por que razão algumas pessoas usam óculos?

Constituição do olho

retina - membrana onde se formam as imagens;

pupila - abertura circular por onde entra a luz;

cristalino - lente que permite focar as imagens dos objetos na retina.

Formação das imagens
A quantidade de luz que entra no olhos é controlada pela pupila que se abre quando há menos luz e se fecha quando há muita luz.

A luz que entra é focada pelo cristalino, que funciona como lente. Esta focagem permite projetar as imagens dos objetos numa certa zona da retina. A imagem que se obtém é invertida e menos do que o objeto.

Defeitos da visão
Miopia
Na miopia, a imagem dos objetos distantes é focada à frente da retina e não sobre ela. A miopia é consequência de um globo ocular demasiado longo ou de um cristalino demasiado convergente.

Formação das imagens à frente da retina.

O míope vê bem ao perto e mal ao longe.










Hipermetropia
Na hipermetropia, a focagem da imagem dos objetos é feita atrás da retina, devido a uma deficiência no globo ocular ou devido a um cristalino pouco convergente.

Formação das imagens atrás da retina.

O hipermetrope vê mal ao perto e bem ao perto.











Correção dos defeitos da visão
Miopia
A miopia é corrigida com lentes divergentes. Os raios de luz divergem depois de passar a lente e, assim a convergência feita pelo olho permite obter a imagem exatamente sobre a retina.

Hipermetropia
A hipermetropia é corrigida com lentes convergentes. A convergência dos raios de luz inicia-se assim que os raios de luz encontram a lente e, assim, a focagem é conseguida sobre a retina.

O arco-íris

Espetro de luz branca

Um feixe de luz branca é normalmente constituído por mais do que uma radiação monocromática. Ao passar do ar para um meio transparente, cada radiação refrata-se com um ângulo diferente, formando-se uma banda contínua de cores, que se designa por espetro de luz branca ou espetro de luz visível.

Este fenómeno designa-se por dispersão da luz branca. 

É possível efetuar o inverso, que se designa por recomposição da luz.

Dispersão da da luz branca num prisma.

Recomposição da luz.

O arco-íris

Quando a luz branca do Sol incide numa gota de água, refrata-se e muda de direção no seu interior.
A luz branca do Sol é constituída por várias radiações, todas com características diferentes, pelo que dentro da gota de água cada radiação vai propagar-se a uma velocidade diferente (dispersão), sofrer uma reflexão e nova refração (quando sai da gota de água).

Por que razão os objetos têm cor?

Cor e luz

A cor é um fenómeno óptico que se verifica quando a luz incide sobre um objeto. O objeto pode absorver, refletir ou transmitir determinadas radiações, entre aquelas que recebe. Assim a cor que um corpo apresenta depende do tipo de radiação que sobre ele incide e da sua natureza.

Cores primárias da luz

Pode obter-se luz de qualquer cor a partir da sobreposição das três cores primárias da luz (vermelho, verde e azul). A sobreposição de luz vermelha, luz verde e luz azul origina luz branca. A sobreposição de duas cores primárias da luz origina uma cor secundária.

Uma cor secundária e a primária que não lhe deu origem são cores complementares. Sobrepondo duas cores complementares obtém-se o branco.

Cor dos objetos opacos

Cor dos objetos transparentes

Os objetos transparentes são aqueles que se deixam atravessar pela luz, absorvendo alguma radiações e transmitindo outras. Estes objetos apresentam a cor da radiação que transmitem (deixam passar).

Espetro eletromagnético

A luz como onda eletromagnética

A luz é uma onda eletromagnética transversal.

A velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas é máxima no vazio = 300 000 km/s

Espetro eletromagnético

Além da luz visível, existem outros tipos de ondas eletromagnéticas, como os raios X, as radiações ultravioletas e infravermelhas.

Espetro eletromagnético = conjunto das várias radiações eletromagnéticas.