Óptica geométrica em Offline

Luz: uma forma de energia radiante

Energia radiante é aquela que se propaga por meio de ondas eletromagnéticas. Dentro dessa concepção, podemos destacar as ondas de rádio, de TV e de radar, os raios infravermelhos, a luz, os raios ultravioleta, os raios X, os raios gama etc.

Sol envia à Terra energia radiante, constituída de radiações infravermelhas (denominadas “ondas de calor” por interagirem com a matéria aumentando o estado de agitação das partículas), luz e radiações ultravioleta, entre outras. Essa energia chega ao nosso planeta à taxa de 1,92 caloria por minuto, em cada centímetro quadrado de superfície normal aos raios solares, denominada constante solar.

Uma característica importantíssima da energia radiante é sua velocidade de propagação, que, no vácuo, vale aproximadamente:

c ≅ 3,00 . 10⁵ km/s = 3,00 . 10⁸ m/s

Nos meios materiais, como o ar, a água e o vidro, a velocidade de propagação da energia radiante é menor que c. No diamante, por exemplo, chega a 0,4c, aproximadamente.

Pelo exposto, vimos que a luz é uma forma de energia radiante. Sabe-se, ainda, que a luz difere das demais radiações eletromagnéticas por sua frequência característica, que se estende desde 4.1014 Hz (vermelho) até 8.1014 Hz (violeta), aproximadamente.

Entretanto, o conceito de luz que utilizaremos em nosso estudo de Óptica tem um caráter mais específico. Diremos que:

Luz é o agente físico que, atuando nos órgãos visuais, produz a sensação da visão.

A vida na Terra subordinada à energia radiante recebida do Sol. Todos os seres vivos se nutrem dessa energia, produzida pela fusão nuclear do hidrogênio, que, ao ser submetido a temperatura de milhões de graus Celsius, se transforma em hélio.

Ótica: divisão e aplicações

A Óptica é a parte da Física que trata dos fenômenos que têm como causa determinante a energia radiante, em particular a luz.

Por questões de ordem didática, costuma-se estudá-la em dois grandes capítulos: Óptica Geométrica e Óptica Física.

• Óptica geométrica: estuda os fenômenos ópticos com enfoque nas trajetórias seguidas pela luz. Fundamenta-se na noção de raio de luz e nas leis que regulamentam seu comportamento.
• Óptica física: estuda os fenômenos ópticos que exigem uma teoria sobre a natureza constitutiva da luz.

A Óptica é um ramo da Física que tem largo emprego prático. Dos simples óculos aos sofisticados dispositivos de observação, a Óptica, aliada a outros campos do conhecimento científico, dá sua contribuição por meio de seus princípios e leis. Algumas aplicações da Óptica são:

• Correção de defeitos da visão;
• Construção de instrumentos de observação: lupas, microscópios, periscópios, lunetas e telescópios;
• Fixação de imagens (fotografia e cinematografia);
• Construção de equipamentos de iluminação;
• Medidas geométricas de alta precisão (interferômetros);
• Estudo da estrutura do átomo.

Fontes de luz

Os diversos corpos que nos cercam podem ser vistos porque deles recebemos luz, que, incidindo sobre nossos órgãos visuais, promove os estímulos geradores da sensação da visão. O Sol, a Lua, uma pessoa e um livro, por exemplo, enviam luz aos olhos, o que lhes permite enxergá-los. No entanto, os corpos absolutamente negros não são visíveis. Desses corpos não emana luz de espécie alguma e, eventualmente, nota-se sua presença em razão do contraste com as vizinhanças.

São considerados fontes de luz todos os corpos dos quais se pode receber luz. 

Dependendo da procedência da luz distribuída para o meio, os corpos em geral podem ser classificados em duas categorias: fontes primárias e fontes secundárias.

• Fontes primárias: são os corpos que emitem luz própria. Por exemplo: o Sol, a chama de uma vela, as lâmpadas (quando acesas) etc.
• Fontes secundárias: são os corpos que enviam a luz que recebem de outras fontes. O processo ocorre por difusão, ou seja, a luz é espalhada aleatoriamente, em geral por reflexão ou mesmo por refração, para todas as direções dos arredores do corpo. Por exemplo: a Lua, as nuvens, uma árvore, as lâmpadas (quando apagadas) etc.

Uma fonte de luz é considerada pontual (ou puntiforme) quando suas dimensões são irrelevantes em comparação com as distâncias aos corpos iluminados por ela. A grande maioria das estrelas observadas da Terra comporta-se como fonte pontual de luz. De fato, embora as dimensões dessas estrelas sejam enormes, as distâncias que as separam de nosso planeta são muito maiores.

Fontes de luz de dimensões não desprezíveis são denominadas extensas. O Sol, observado da Terra, comporta-se como uma fonte extensa de luz. 

Meios transparentes, translúcidos e opacos

Meios transparentes são aqueles que permitem que a luz os atravesse descrevendo trajetórias regulares e bem definidas.

O único meio absolutamente transparente é o vácuo. Contudo, em camadas de espessura não muito grande, também podem ser considerados transparentes o ar atmosférico, a água pura, o vidro hialino e outros.

Esquema de meio transparente

Meios translúcidos são aqueles em que a luz descreve trajetórias irregulares com intensa difusão (espelhamento aleatório), provocada pelas partículas desses meios. É o que ocorre, por exemplo, quando a luz atravessa a neblina, o vidro leitoso, o papel vegetal e o papel-manteiga.

Meios opacos são aqueles através dos quais a luz não se propaga. Depois de incidir em um meio opaco, a luz é parcialmente absorvida e parcialmente refletida por ele, sendo a parcela absorvida convertida em outras formas de energia, como a térmica. Quando se apresentam em camadas de razoável espessura, são opacos os seguintes meios: alvenaria, madeira, papelão, metais etc.

Frente de luz – Raio de luz