PRINCÍPIOS DA ÓPTICA GEOMÉTRICA III

Princípios da óptica geométrica III

Antes de iniciar seus estudos, reflita sobre as questões abaixo, forme suas opiniões e confronte as com a teoria apresentada em seguida. Suas ideias e sugestões são muito importantes para enriquecer nosso ensino e o seu aprendizado. 1) O que ocorre depois que um feixe de luz verde cruza com um feixe de luz vermelha? 2) Qual é a cor de uma flor branca iluminada com luz azul? 3) Refração e reflexão podem ocorrer simultaneamente? 4) O olho humano possui sensores para todas as cores?

1. A Física e o cotidiano

Na figura, temos vá rios pincéis de luz retilíneos cruzando-se uns com os outros. Note como, após o cruzamento, a luz continua propagando-se de maneira independente, como se nada tivesse ocorrido.

 

Feixe de luz incidindo numa lâmina de vidro. Observe os fenômenos de reflexão e refração.

 

Fotografia de uma flor branca ilumina da com luz monocromática azul.

2. A Física e o mundo

Texto da língua inglesa relacionado com a visão de cores Color: Physical phenomenon of light or visual perception associated with the various wavelenghts in the visible portion of the electro mag netic spectrum. As a sensation experienced by humans and some animals, per ception of color is a complex neuro phy siological process.

3. A Física e o laboratório

Os fenômenos ópticos num laboratório

Mesa de demonstrações colocada em sala escura

4. A Física e a evolução de seus conceitos

Independência dos raios de luz

A propagação dos raios de luz é feita de modo independente, isto é, cada raio de luz se propaga como se os demais não existissem.

Essa propriedade nos permite estudar separadamente o comportamento de um dado raio de luz.

Os feixes, após se cruzarem, continuam a propagação sem alterações.

 

Leis da reflexão e leis da refração

As leis da reflexão e as leis da refração serão apresentadas no estudo dos espelhos e dioptros.

Observações: Uma decorrência dos princípios da óptica geométrica é a “reversibilidade dos raios de luz":

“A trajetória descrita por um raio de luz independe do sentido de propagação."

Assim, por exemplo, considere um raio de luz incidindo numa superfície S segundo AB e refletindo-se segundo BC. Se a luz incidir segundo CB, irá refletir-se segundo BA.

 

Fenômenos luminosos

Consideremos uma fronteira F delimitando dois meios transparentes, (A) e (B).

Quando a luz proveniente do meio (A) atinge a fronteira, podem ocorrer três fenômenos luminosos:

a) uma parte da luz retorna ao meio (A); o fenômeno é denominado reflexão da luz.

b) uma parte da luz atravessa a fronteira e passa a se propagar no meio (B); o fenômeno é denominado refração da luz.

c) uma parte da luz é absorvida na fronteira; o fenômeno é denominado absorção da luz.

Quando há predominância da luz refletida, a fronteira é considerada um espelho. Se a luz for integralmente refletida, temos um espelho perfeito.

Quando há predominância da luz refratada, a fronteira é considerada um dioptro.

Se a luz for integralmente refratada, temos um dioptro perfeito.

Se a luz for integralmente absorvida, o meio (B) é denominado corpo negro ideal.

Cor de um corpo

A luz solar, denominada luz branca, é, na realidade, uma luz composta de uma infinidade de cores.

A cor de um corpo não é uma característica sua; ela depende da luz que o ilumina.

Quando um corpo, constituí do de pigmentos puros, recebendo luz branca, apresenta-se verde, isto significa que, de todas as cores que compõem a luz branca, o corpo absorveu todas, com exceção da verde, que foi refletida e enviada para nossos olhos. Se o corpo não absorver nenhuma cor, refletindo todas, ele é um corpo branco ideal.

Se o corpo absorver todas as cores, não refletindo nenhuma, ele é um corpo negro ideal.

Século III a.C. – Epicuro define um modelo em que corpos emitem átomos com sua forma e subátomos com a sua cor que permitem a visão, quando se encontram com raios luminosos ema na dos pelos olhos. Não atribui ao cérebro nenhuma ligação com a visão. 1500 – Leonardo da Vinci descobre que a luz branca é composta pela adição de várias cores. Em seus estudos de Anatomia, estabelece a relação entre o cérebro e o olho no processo de visão. Influenciado por sua atividade de pintor, considera que os corpos misturam as cores da luz branca para produzir sua própria cor e emiti-la para nossos olhos. 1666 – Isaac Newton estabelece o modelo de visão dos objetos e das cores aceito até hoje, demonstra com prismas e espectros a independência dos raios luminosos e que os corpos não modificam as cores. Na verdade, eles apenas as absorvem ou as refletem de acordo com os pigmentos que os compõem. A visão é resultado da interpretação dada pelo cérebro para os raios de luz captados pelo olho. Diferentes iluminações produzem diferentes visões. Esta é uma ideia que surpreende a todos. 1801 – Thomas Young e Herman von Helmholtz criam a teoria tri cromática da visão. Os olhos possuem apenas três tipos de recepto res de cores: verde, azul e vermelho. Variações de intensidades e superposições dessas cores produzem as outras tonalidades. Helmholtz tentou com parar a visão das cores com a formação de acordes em um piano (três ou quatro notas, que, tocadas juntas, entram em ressonância, for mando novos sons). 1870 – Ewald Hering de fine receptores duplos: vermelho verde, amarelo-azul e branco preto e complementa a teoria de Young-Helmholtz.

Exercícios propostos

1. (MODELO ENEM) – Analise a figura a seguir.

(Disponível em: <http://www.iatec.com.br>.)

Quando observamos que dois ou mais feixes de raios luminosos se encontram e que a propagação de cada um deles não é alterada, como mostrado na figura, isso nos prova um dos princípios da óptica geométrica denominado

a) princípio da reflexão.

b) princípio da refração.

c) princípio da propagação retilínea da luz.

d) princípio da reversibilidade do raio luminoso.

e) princípio da independência da propagação dos raios luminosos.

2. (MODELO ENEM) – A figura a seguir representa um cartão pintado com tintas feitas de pigmentos puros, o qual, quando iluminado com luz branca, é visto vermelho, branco e azul nas regiões 1, 2 e 3, respectivamente.

Se esse cartão fosse iluminado apenas com luz monocromática azul, as regiões 1, 2 e 3, seriam vistas, respectivamente, com as cores

a) preta, azul e azul.

b) preta, branca e azul.

c) verde, azul e azul.

d) vermelha, azul e azul.

e) verde, branca e azul.

3. (UNICAMP-MODELO ENEM) – O Teatro de Luz Negra, típico da República Tcheca, é um tipo de representação cênica caracterizada pelo uso do cenário escuro com uma iluminação estratégica dos objetos exibidos. No entanto, o termo Luz Negra é fisicamente incoerente, pois a coloração negra é justa mente a ausência de luz. A luz branca é a composição de luz com vários comprimentos de onda e a cor de um corpo é dada pelo comprimento de onda da luz que ele predominantemente reflete. Assim, um quadro que apresente as cores azul e branca quando iluminado pela luz solar, ao ser iluminado por uma luz monocromática de comprimento de onda correspondente à cor amarela, apresentará, respectivamente, uma coloração

a) amarela e branca.

b) negra e amarela.

c) azul e negra.

d) totalmente negra.

e) totalmente branca.

4. Para que uma substância seja colorida ela deve absorver luz na região do visível. Quando uma amostra absorve luz visível, a cor que percebemos é a soma das cores restantes que são refletidas ou transmitidas pelo objeto. A Figura 1 mostra o espectro de absorção para uma substância e é possível observar que há um comprimento de onda em que a intensidade de absorção é máxima. Um observador pode prever a cor dessa substância pelo uso da roda de cores (Figura 2); o comprimento de onda correspondente à cor do objeto é encontrado no lado oposto ao comprimento de onda da absorção máxima.

Qual a cor da substância que deu origem ao espectro da Figura 1?

Brown. T. Química e Ciência Central. 2005 (adpatado)

a) Azul.

b) Verde.

c) Violeta.

d) Laranja.

e) Vermelho.

5.  É comum aos fotógrafos tirar fotos coloridas em ambientes iluminados por lâmpadas fluorescentes, que contêm uma forte composição de luz verde.

A consequência desse fato na fotografia é que todos os objetos claros, principalmente os brancos, aparecerão esverdeados. Para equilibrar as cores, deve-se usar um filtro adequado para diminuir a intensidade da luz verde que chega aos sensores da câmera fotográfica. Na escolha desse filtro, utiliza-se o conhecimento da composição das cores-luz primárias: vermelho, verde e azul; e das cores-luz secundárias: amarelo = vermelho + verde, ciano = verde + azul e magenta = vermelho + azul.

Disponível em: http://nautilus.fis.uc.pt. Acesso em: 20 maio 2014 (adaptado).

Na situação descrita, qual deve ser o filtro utilizado para que a fotografia apresente as cores naturais dos objetos?

a) Ciano.

b) Verde.

c) Amarelo.

d) Magenta.

e) Vermelho.

Gabarito

1. RESOLUÇÃO:

Quando dois raios luminosos se cruzam, eles mantêm sua trajetória inalterada como se não tivesse ocorrido o cruzamento.

Resposta: E

2. RESOLUÇÃO:

Região 1: absorve o azul e fica preta.

Região 2: reflete o azul e fica azul.

Região 3: reflete o azul e continua azul.

Resposta: A

3. RESOLUÇÃO:

I) No quadro citado, há pigmentos que refletem a luz azul, absorvendo as demais cores (frequências). Há também pigmentos capazes de refletir todas as cores (frequências): trata-se da região branca.

Iluminação com luz branca (mistura de cores)

II) Iluminando-se o quadro com luz monocromática amarela, esta é absorvida pela região azul do quadro, que se apresenta escura (“negra"). Já a região branca apresenta-se amarela, cor que pode ser difundida pela citada região.

 Iluminação com luz amarela

Resposta: B

4. RESOLUÇÃO:

Do espectro de absorção, verificamos que o comprimento de onda da luz absorvida com mais intensidade é da ordem de 500 nm.

Na roda de cores, este comprimento de onda está na faixa da radiação verde e a cor apresentada pela substância que deu origem ao espectro será vermelha.

Resposta: E

5. RESOLUÇÃO:

Como o ambiente está iluminado por luz com forte composição de luz verde, devemos usar um filtro que atenue a luz verde.

Para tanto, o filtro deve intensificar as demais cores primárias, isto é, o vermelho e o azul.

A combinação do vermelho com o azul nos remete a um filtro magenta (magenta = vermelho + azul).

Resposta: D