A óptica é um ramo da Física que estuda a luz ou, mais amplamente, a radiação eletromagnética, visível ou não. A óptica explica os fenômenos de reflexão, refração e difração, a interação entre a luz e o meio, entre outras coisas.
Distingue-se entre os seguintes ramos, por ordem crescente de precisão:
* Óptica geométrica: Trata a luz como um conjunto de raios que cumprem o princípio de Fermat. Utiliza-se no estudo da transmissão da luz por meios homogêneos (lentes, espelhos), a reflexão e a refração.
* Óptica ondulatória: Considera a luz como uma onda plana, tendo em conta sua frequência e comprimento de onda. Utiliza-se para o estudo da difração e interferência.
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Óptica eletromagnética: Considera a luz como uma onda eletromagnética, explicando assim a reflexão e transmissão, e os fenômenos de polarização e anisotrópicos.
Em 1672, o físico inglês Isaac Newton apresentou uma teoria conhecida como modelo corpuscular da luz. Nesta teoria a luz era considerada como um feixe de partículas emitidas por uma fonte de luz que atingia o olho estimulando a visão. Newton descobriu também que a luz poderia se dividir em muitas cores, através de um prisma, fenômeno da dispersão da luz, e usou esse conceito experimental para analisar a luz.
Estando diante de um espelho, pode observar que, se não ficar em uma determinada posição, não vai conseguir enxergar a sua imagem. Isso acontece porque os raios são refletidos em uma única direção, ou seja, eles são paralelos entre si.
Esse tipo de reflexão ocorre em superfícies polidas tais como espelhos, metais, a água parada de um lago, e é denominada reflexão especular.
Quando você está enxergando uma mesa, você pode ficar em qualquer posição ao redor da mesa que continua a enxergando. Isso acontece porque os raios estão sendo refletidos em todas as direções. Esse tipo de reflexão ocorre em superfícies irregulares microscopicamente e é denominada reflexão difusa.
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| Esquema simplificado da reflexão difusa |
Cores: A luz branca é decomposta em sete cores: vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta. Nós podemos ver esse fenômeno na formação do arco-íris. A cor de um objeto é dada pela cor que ele reflete, ou seja, quando uma luz branca incide sobre ele, todas as cores são absorvidas, exceto a dele. Por exemplo, quando a luz branca incide sobre a tartaruga verde, todas as cores são absorvidas, exceto a cor verde que é refletida. Um objeto se mostra branco porque não absorve nenhuma cor, ou seja, ele reflete todas as cores que compõem a luz branca. Um objeto apresenta a cor negra porque, porque absorve toda as cores que incidem sobre ele.
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| a) Prisma separando a luz branca em suas cores componentes |
Um feixe de luz, incidindo obliquamente, muda de direção quando passa de um meio transparente para outro transparente que apresenta velocidade da luz diferente do primeiro meio. Este desvio que a luz sofre é o fenômeno da refração.
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| Interação dos dois meios (Colocando o lápis com uma inclinação dentro da água, você observará pela lateral do copo que parece que o lápis está quebrado) |
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| Refração da Luz |
- Difração
A difração é um fenômeno tipicamente ondulatório. As ondas na água, ao passar pelo orifício de um anteparo, abrem-se ou difratam-se, formando um feixe divergente. Em 1803, Young realizou uma experiência demonstrando que a luz possuía natureza ondulatória. Ele a fez passar por uma abertura estreita e constatou que, num anteparo instalado do outro lado, não surgia simplesmente uma linha nítida, mas sim um conjunto de faixas luminosas de diferentes intensidades. Isso mostrava que a luz sofria difração, tal como ocorria com as ondas sonoras ou as de um lago. Se ela fosse constituída de partículas, esse comportamento seria impossível.
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| Difração da Luz |
Young desenvolveu o seguinte experimento: fez passar dois feixes de luz por orifícios separados, e como resultado ele percebeu que ao incidirem sobre um anteparo, os feixes de luz resultaram num desenho que apresentava áreas claras entremeadas com outras totalmente escuras. Estas últimas só podiam ser causadas pela interferência de ondas. Apesar dessas evidências, tais demonstrações foram consideradas insuficientes, por muito tempo, na Inglaterra, até serem complementadas, mais tarde, pelo trabalho de outros pesquisadores europeus. A interferência é um importante fenômeno que distingue as ondas das partículas, pois duas partículas não podem atravessar-se mutuamente e depois continuar sua trajetoria anterior, mas duas ondas podem. Ela só acontece quando a diferença de fase entre as duas ondas for mantida constante no tempo, isto é, quando as fontes forem coerentes.A interferencia é a combinacão, por superposição de duas ou mais ondas que se encontram num ponto do espaço. quando se combinam duas ondas harmônicas de mesma frequencia e mesmo comprimento de onda , sendoa onda resultante um a onda harmônica cuja amplitude depende da diferença de fase das duas ondas iniciais . Se a diferença for zero, ou multiplo de 360 graus, as ondas estão em fase, e a inerferência é construtiva. deste modo, a amplitude resultante é igual a soma das amplitudes individuais, e a intensidade (que é proporciona ao quadrado da amplitude) é máxima. se a diferença de fase for de 180 graus, ou qualquer múltiplo ímpar de 180 graus, as ondas estão fora de fase, e a interferência é destrutiva. a amplitude da onda resultante é, então a diferença entre as medidas de cada onda, e a intensidade é um mínimo.
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| Interferencia por multiplas reflexões |
