Óptica é um ramo da física que tem como objetivo o estudo da luz, e está presente desde a antiguidade, quando os fenômenos ópticos já eram observados e utilizados no dia a dia.
Ou seja, na física, a óptica estuda o comportamento da luz e sua interação com materiais e ambientes e explica fenômenos como reflexão, refração, difração e dispersão da luz. Como exemplo, temos a formação de imagens em espelhos e lentes e o uso de um cristal para observar o sol mesmo em dias nublados, usado para navegação pelo povo nórdico.
Nesse ramo da física são estudados a trajetória que a luz segue, o funcionamento dos espelhos, os problemas de visão, chegando até a estrutura do átomo.
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A óptica se subdivide em vários ramos. Neste texto, focaremos no estudo da óptica geométrica.
Os dois principais ramos da óptica são:
Na óptica geométrica temos 3 princípios fundamentais dos raios de luz. São eles:
Um raio de luz sempre vai se propagar em linha reta. Uma prova disso é a câmara escura de orifício, na qual temos uma caixa totalmente escura com um pequeno furo, por onde a luz vai entrar e se projetar dentro da caixa, na face oposta uma imagem invertida.
Os raios de luz são independentes, ou seja, mesmo se eles se encontrarem, não vão interagir mudando de direção ou sentido.
Esse princípio nos diz que a luz é reversível. Um exemplo prático disso é que, se vemos alguém através de um espelho, essa pessoa também estará nos vendo.
A luz se propaga através de 3 tipos de meio diferentes. São eles:
Temos dois tipos principais de fenômenos que ocorrem:
Reflexão é quando o raio de luz volta a se propagar no meio de origem depois de incidir em algum objeto. Temos o raio incidente, vindo em direção ao objeto, e o raio refletido, que volta ao meio de origem.
Refração é o nome dado quando um raio de luz tem sua velocidade alterada quando passa de um meio para outro com índice de refração diferente. Com isso, o ângulo do raio refratado pode diminuir ou aumentar.
O índice de refração de um meio é dado pela seguinte fórmula:
\[n=\frac{c}{v}\]
Onde:
\[n_{1} < n_{2}\]
Para o caso em que um raio de luz passa de um meio com menor índice de refração para um meio com maior índice de refração, a velocidade do raio diminui e, com isso, o ângulo do raio refratado também diminui, ou seja, ele se aproxima da reta normal.
\[n_{1} > n_{2}\]
Para o caso em que um raio de luz passa de um meio com maior índice de refração para um meio com menor índice de refração, a velocidade do raio aumenta e, com isso, o ângulo do raio refratado também aumenta, ou seja, ele se afasta da reta normal.
Para entender o funcionamento dos espelhos planos e esféricos, precisamos entender esses dois tipos de imagens:
A cor de um objeto não é uma característica dele, e sim da luz que o ilumina.
Um objeto possui a cor do raio de luz que ele reflete, um exemplo disso é a luz solar incidindo em uma planta verde. A planta vai absorver todas as cores, menos a cor verde, que vai refletir, e, assim, o raio luminoso verde vai chegar nos olhos do observador.
Um objeto preto absorve todas as cores. Um objeto branco reflete todas as cores.
Lentes são muito usadas para corrigir problemas de visão.
Podemos ter dois tipos de lentes:
O quanto uma lente consegue desviar a luz se chama vergência, e é dada pela seguinte fórmula:
\[V=\frac{1}{F}\]
Onde:
A unidade é dada por dioptria (di), que equivale ao inverso do metro. No dia a dia, a unidade que usamos é o grau.
\[n=\frac{c}{v}\]
\[V=\frac{1}{F}\]
Um grupo de cientistas liderado por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), nos Estados Unidos, construiu o primeiro metamaterial que apresenta valor negativo do índice de refração relativo para a luz visível. Denomina-se metamaterial um material óptico artificial, tridimensional, formado por pequenas estruturas menores do que o comprimento de onda da luz, o que lhe dá propriedades e comportamentos que não são encontrados em materiais naturais. Esse material tem sido chamado de “canhoto". (Disponível em: http://www.inovacaotecnologica.com.br. Acesso em: 28 abr. 2010 (adaptado).
Considerando o comportamento atípico desse metamaterial, qual é a figura que representa a refração da luz ao passar do ar para esse meio?
A.
B.
C.
D.
E.
Selecione a resposta correta dentre as alternativas referente às imagens acima: