óptica geométrica - Wikilingue - Encydia
Em física , a óptica geométrica parte das leis fenomenológicas de Snell (ou Descartes segundo outras fontes) da reflexão e a refração. A partir delas, basta fazer geometria com os raios luminosos para a obtenção das fórmulas que correspondem aos espelhos, dioptrio e lentes (ou suas combinações), obtendo assim as leis que governam os instrumentos ópticos a que estamos acostumados.
A óptica geométrica usa a noção de raio luminoso; é uma aproximação do comportamento que corresponde às ondas electromagnéticas (a luz) quando os objectos envolvidos são de tamanho muito maior que a longitude de onda usada; isso permite desprezar os efeitos derivados da difracción, comportamento unido à natureza ondulatoria da luz.
Esta aproximação é chamada da Eikonal e permite derivar a óptica geométrica a partir das equações de Maxwell .
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Propagación da luz
Como se indicou anteriormente, na óptica geométrica, a luz se propaga como uma linha recta a uma velocidade aproximada de 3*108 ms-1. A natureza ondulatoria da luz pode ser desprezada como aqui a luz é como um chorro linear de partículas que podem colisionar e, dependendo do médio, se pode conhecer qual é seu caminho a seguir. Estes raios podem ser absorvidos, refletidos ou desviados seguindo as leis da mecânica.
Reflexão e refração
O fenómeno mais singelo desta teoria é a da reflexão, se pensamos uns minutos nos raios luminosos que chocam mecanicamente contra uma superfície que pode se refletir. A proporção entre os raios que chocam e os que saem expedidos está regulada pelos ângulos destes em relação com uma linha perpendicular à superfície na que se refletem. Então a lei de reflexão diz-nos que o ângulo incidente tanto faz ao ângulo refletido com a perpendicular ao espelho:[1]
(1)
A segunda lei da reflexão indica-nos que o raio incidente, o raio reflectado e a normal com respeito à superfície refletida estão no mesmo plano.[2]
Lei de Snell
O índice de refração "n" de um médio vem dado pela seguinte expressão, onde v é a velocidade da luz nesse médio, e "c" a velocidade da luz no vazio:
Já que a velocidade da luz nos materiais depende do índice de refração, e o índice de refração depende da frequência da luz, a luz a diferentes frequências viaja a diferentes velocidades através do mesmo material. Isto pode causar distorsión de ondas electromagnéticas que consistem de múltiplas frequências, telefonema dispersión.
Os ângulos de incidencia (i) e de refração (r) entre dois meios e os índices de refração estão relacionados pela Lei de Snell. Os ângulos medem-se com respeito ao vetor normal à superfície entre os meios:
Lentes
As lentes com superfícies de rádios de curvatura pequenos têm distâncias focais curtas. Uma lente com duas superfícies convexas sempre refractará os raios paralelos ao eixo óptico de forma que converjan em um foco situado no lado da lente oposto ao objecto. Uma superfície de lente cóncava desvia os raios incidentes paralelos ao eixo de forma divergente; a não ser que a segunda superfície seja convexa e tenha uma curvatura maior que a primeira, os raios divergen ao sair da lente, e parecem provir de um ponto situado no mesmo lado da lente que o objecto. Estas lentes só formam imagens virtuais, reduzidas e não investidas.
Se a distância do objecto é maior que a distância focal, uma lente convergente forma uma imagem real e investida. Se o objecto está o bastante afastado, a imagem será mais pequena que o objecto. Se a distância do objecto é menor que a distância focal da lente, a imagem será virtual, maior que o objecto e não investida. Nesse caso, o observador estará a utilizar a lente como uma lupa ou microscopio simples. O ângulo que forma no olho esta imagem virtual aumentada (isto é, sua dimensão angular aparente) é maior que o ângulo que formaria o objecto se se encontrasse à distância normal de visão. A relação destes dois ângulos é a potência de aumento da lente. Uma lente com uma distância focal mais curta criaria uma imagem virtual que formaria um ângulo maior, pelo que sua potência de aumento seria maior. A potência de aumento de um sistema óptico indica quanto parece acercar o objecto ao olho, e é diferente do aumento lateral de uma câmara ou telescópio, por exemplo, onde a relação entre as dimensões reais da imagem real e as do objecto aumenta segundo aumenta a distância focal.
A quantidade de luz que pode admitir uma lente aumenta com seu diâmetro. Como a superfície que ocupa uma imagem é proporcional ao quadrado da distância focal da lente, a intensidade luminosa da superfície da imagem é directamente proporcional ao diâmetro da lente e inversamente proporcional ao quadrado da distância focal. Por exemplo, a imagem produzida por uma lente de 3 cm de diâmetro e uma distância focal de 20 cm seria menos quatro vezes luminosa que a formada por uma lente do mesmo diâmetro com uma distância focal de 10 cm. A relação entre a distância focal e o diâmetro efectivo de uma lente é sua relação focal, telefonema também número f. Sua inversa conhece-se como abertura relativa. Duas lentes com a mesma abertura relativa têm a mesma luminosidade, independentemente de seus diâmetros e distâncias focais.
Espelhos
Há dois tipos de espelhos: 1) Cóncavos ou convergentes: se a curvatura de um espelho é "para adentro" desde o ponto de vista observado diremos que é um espelho cóncavo.
2) Convexos ou divergentes: se a curvatura de um espelho esta "para afora" desde o ponto de vista observado diremos que é um espelho convexo.
Prismas
Um prisma é um objecto capaz de refractar, refletir e decompor a luz nas cores do arco íris. Geralmente, estes objectos têm a forma de um prisma triangular, daí seu nome.
De acordo com a lei de Snell, quando a luz passa do ar ao vidro do prisma diminui sua velocidade, desviando sua trajectória e formando um ângulo com respeito à interfase. Como consequência, se reflete ou se refracta a luz. O ângulo de incidencia do faz de luz e os índices de refração do prisma e o ar determinam a quantidade de luz que será refletida, a quantidade que será refractada ou se sucederá exclusivamente alguma das duas coisas.
1. Os prismas reflectivos são os que unicamente refletem a luz, como são mais fáceis de elaborar que os espelhos, se utilizam em instrumentos ópticos como os prismáticos, os monoculares e outros.
2. Os prismas dispersivos são usados para decompor a luz no espectro do arcoiris, porque o índice de refração depende da frequência (ver dispersión); a luz branca entrando ao prisma é uma mistura de diferentes frequências e a cada uma se desvia de maneira diferente. A luz azul é diminuída a menor velocidade que a luz vermelha.
3. Os prismas polarizantes separam a cada faz de luz em componentes de variante polarización.
Aberración
Veja-se também
Referências
- ↑ Beltrán, Virgilio (2005). Para atrapar a um fotón, Fundo de cultura económica. ISBN 968-16-3579-5.
- ↑ Lara González José Roberto. «Óptica geométrica». Consultado o 30/03/2008.
