Óptica: Espelhos planos
BELEZA IRRADIADA A cor acobreada do Sol ao entardecer é criada pela dispersão dos raios luminosos pela atmosfera
A geometria da luz
A óptica é o ramo da física que estuda a luz e os fenômenos luminosos. Na óptica geométrica, os físicos estudam o comportamento dos raios luminosos, sem se preocupar com a natureza da luz. E a ferramenta utilizada para analisar esse comportamento é a geometria. Os raios são representados por linhas orientadas (setas), que indicam a direção e o sentido da propagação da luz. Há muito tempo os físicos discutem a natureza da luz. Hoje sabemos que a luz tem um comportamento estranhíssimo: ora se propaga como onda, ora como um pacote de energia. A velocidade da luz no vácuo, de 300 000 km/s, é a máxima possível no universo.
Natureza da luz: Há muito tempo os físicos discutem a natureza da luz. Hoje sabemos que a luz tem um comportamento estranhíssimo: ora se propaga como onda, ora como um pacote de energia. A velocidade da luz no vácuo, de 300 000 km/s, é a máxima possível no universo.
CONCEITOS BÁSICOS
São corpos luminosos aqueles que produzem e emitem raios de luz, como o Sol, as estrelas e as lâmpadas. Esses corpos são fontes primárias de luz. Já os corpos que apenas reenviam a luz recebida de outras fontes são chamados corpos iluminados. É o caso dos planetas, da Lua ou de uma folha de papel. Os corpos iluminados são fontes secundárias de luz.
Tanto corpos luminosos como corpos iluminados emitem e reemitem a luz por um conjunto de raios chamado feixe luminoso. Podemos classificar os feixes luminosos em convergentes, divergentes e paralelos.
Um raio de luz viaja sempre em linha reta. Mas um feixe pode ter diferentes comportamentos
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS
Toda a óptica geométrica se baseia em três princípios fundamentais: o princípio da propagação retilínea, o da reversibilidade dos raios e o da independência dos raios.
• Propagação retilínea: Em um meio homogêneo e transparente, a luz se propaga em linha reta.
• Princípio da reversibilidade dos raios: A trajetória descrita por um raio de luz independe do sentido do percurso. Quando o sentido de propagação de um raio é invertido, a trajetória descrita por ele não se altera.
• Princípio da independência dos raios: Quando dois raios de luz se cruzam, cada um mantém sua trajetória original, como se o outro não existisse. Os raios luminosos se propagam independentemente uns dos outros.
REFLEXÃO DA LUZ
É o fenômeno que ocorre quando um raio de luz incide sobre uma superfície que separa dois meios diferentes e retorna para o meio em que se encontrava inicialmente. Dependendo do tipo de superfície atingida pelos raios de luz, pode ocorrer a reflexão difusa ou a reflexão regular (ou especular).
REFLEXÃO DIFUSA Ocorre quando um feixe paralelo de luz atinge uma superfície que espalha os raios em várias direções. Os raios do feixe refletido não são mais paralelos.
REFLEXÃO REGULAR Acontece quando um feixe paralelo de luz atinge uma superfície plana e polida, que reenvia os raios mantendo o paralelismo. É a reflexão dos espelhos.
CLARO E ESCURO As sombras se criam porque a luz viaja em linha reta
O grande físico alemão comprovou que a luz é constituída de pequenos pacotes de energia, os fótons. Quando um fóton bate numa superfície metálica, sua energia é absorvida por um elétron do metal, que escapa da superfície. Vários elétrons escapando criam uma corrente elétrica. É o efeito fotoelétrico, que transforma a luz do Sol em eletricidade, nos painéis solares.
A reflexão regular é regida por duas leis:
• O raio incidente, a reta normal (N) à superfície refletora e o raio refletido estão num mesmo plano (são coplanares);
• O ângulo de incidência (i) é igual ao ângulo de reflexão (r). Note que o ângulo de incidência(i) e o ângulo de reflexão (r) são medidos sempre em relação à reta normal N.
Reta normal: É uma reta imaginária perpendicular à superfície refletora. Essa reta faz ângulos de mesma medida com o feixe de luz
emitido e o refletido.
ESPELHO PLANO
Um espelho plano é uma superfície polida e plana que produz reflexão regular.
Se traçarmos o prolongamento dos raios refletidos, veremos que eles se encontram em um ponto P’ , localizado “atrás” do espelho.
Veja como a distância entre o objeto real P e o espelho é sempre igual à distância entre P’ e o espelho:
Quando o objeto refletido é extenso, formado por um conjunto de pontos, determinamos sua imagem pela localização da imagem de cada um dos pontos. Veja:
Num espelho plano, a imagem tem o mesmo tamanho e é simétrica em relação ao espelho. Mas não se pode dizer que a imagem seja invertida. O termo correto para a alteração registrada na imagem, num espelho plano (em que o lado direito parece o esquerdo e as letras aparecem revertidas) é enantiomorfa. O termo, que é grego, significa “forma contrária”.
Um observador está próximo a um espelho plano e a três objetos posicionados nos pontos P1 , P2 e P3, conforme o esquema abaixo.
Nessa posição o observador consegue ver a imagem dos três objetos no espelho?
Para que o observador possa ver a imagem de um objeto, os raios de luz que partem desse objeto devem atingir os olhos dele. Para saber
se um objeto é visível, traçamos o percurso dos dois raios de luz extremos que podem bater no espelho e se refletir para o observador:
