Princípios da óptica geométrica II
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 significa penumbra? 2) Você conhece a avó de um máquina fotográfica? 3) Em que fase da Lua ocorre o eclipse solar? 4) Qual a importância do Ceará para a Física? |
1. A Física e o cotidiano
Um garoto passeia pelo parque e, talvez, não imagine a simultaneidade dos fenômenos ópticos que permitem sua visão dos objetos e seres na paisagem:
1 O Sol é uma fonte primária de luz, enquanto os outros objetos e seres são fontes secundárias que refletem a luz solar para serem vistos.
2 O cisne branco difunde a luz branca e reflete todas as cores do espectro.
3 O cisne negro absorve todas as cores do espectro da luz branca do Sol.
4 As folhas verdes refletem a luz verde e absorvem as outras cores do espectro que ativam os ciclos da fotossíntese.
5 A formação de sombras e a visão nítida mostram que o ar local é homogêneo e transparente, e que a luz se propaga em linha reta.
6 Os peixes são vistos mais próximos da superfície por causa da refração da luz.
2. A Física e o mundo
Em que fases da Lua ocorrem os eclipses solares e lunares?
A fase da Lua nova ocorre quando a Lua volta para a Terra seu hemisfério não iluminado pelo Sol (posição 1). Nas posições 2 e 4, a Lua volta para a Terra o meio hemisfério iluminado. Nesses casos, temos o quarto crescente (posição 2) e o quarto minguante (posição 4). Na posição 3, a Lua volta para a Terra seu hemisfério iluminado: é a Lua cheia.
 |
Observe que o eclipse da Lua ocorre na fase da
Lua cheia. |
 |
Observe que o eclipse do Sol ocorre na fase da Lua nova. |
Texto da língua inglesa relacionado com os eclipses In astronomy, the obscuring of one celestial body by another, particularly that of the sun or a planetary satellite. Two kinds of eclipses involve the earth: those of the moon, or lunar eclipses; and those of the sun, or solar eclipses. A lunar eclipse occurs when the earth is between the sun and the moon and its shadow darkens the moon. A solar eclipse occurs when the moon is between the sun and the earth and its shadow moves across the face of the earth. |
3. A Física e o laboratório
Câmara escura de orifício
Vamos construir uma câmara escura de orifício. Para isto, basta dispor de uma caixa de sapatos vazia. Na parte aberta da caixa, prendemos um pedaço de papel vegetal ou papel de seda. No lado oposto, fazemos um pequeno furo. Um objeto é colocado em frente ao lado que possui o orifício. No lado oposto, onde existe o papel vegetal, tem-se a formação da imagem invertida do objeto visado.
O orifício de uma câmara escura está voltado para o céu, numa noite estrelada. A parede oposta ao orifício é feita de papel vegetal translúcido. Um observador que está atrás da câmara, se olhasse direta mente para o céu, veria o Cruzeiro do Sul conforme o esquema.
Olhando a imagem, no papel vegetal, por trás da câmara, o observador vê o Cruzeiro do Sul conforme o esquema:
4. A Física e a evolução de seus conceitos
| Nos meios homogêneos e transparentes, a luz se propaga em linha reta. |
Observação
Muitos fenômenos são explicados pela propagação retilínea da luz. É o caso da câmara escura de orifício, a formação de sombra e penumbra e a ocorrência de eclipses.
Câmara escura de orifício
É uma caixa de paredes opacas munida de um orifício em uma de suas faces. Um objeto AB é colocado em frente à câmara, conforme a figura. Raios de luz provenientes do objeto AB atravessam o orifício e formam na parede oposta uma figura A’B’, chamada "imagem" de AB.
O fato de a imagem ser invertida em relação ao objeto evidencia a propagação retilínea da luz.
A semelhança entre os triângulos OAB e OA’B’ fornece:
 |
Sombra e penumbra
Considere uma fonte de luz puntiforme (F), um corpo opaco (C) e um anteparo opaco (A).
Dos raios de luz emitidos por F, consideremos aqueles que tangenciam C.
Sobre o corpo C, podemos distinguir duas regiões: uma iluminada e outra em sombra. A região em sombra é denominada sombra própria. Entre o corpo C e o anteparo A existe uma região do espaço que não recebe luz de F: é o cone de sombra do corpo C. A região do anteparo que não recebe luz de F é a sombra projetada.
Se a fonte de luz for extensa, observa-se entre o corpo C e o anteparo A uma região que não recebe luz (cone de sombra) e outra parcialmente iluminada (cone de penumbra). No anteparo A, temos a sombra e a penumbra projetadas.
Eclipses
O eclipse do Sol ocorre quando o cone de sombra e o de penumbra da Lua interceptam a superfície da Terra.
| Para os observadores A e C, o eclipse do Sol é parcial. Para o observador B, o eclipse do Sol é total. |
O eclipse total da Lua ocorre quando ela está totalmente imersa no cone de sombra da Terra. Se a Lua interceptar parcialmente o cone, o eclipse será parcial.
2137 a.C. – Primeiro registro de eclipse solar da história, no livro chinês ShuChing (achava-se que um dragão comeria o Sol).
Século VI a.C. – Observação de sombras e reflexos leva os gregos a formular o princípio da propagação retilínea dos raios de luz.
Século III a.C. – Eratóstenes, utilizando a formação de sombras em poços de cidades distintas, calculou a circunferência da Terra com grande precisão (40 000km). Ele era chefe da biblioteca de Alexandria.
Século II a.C. – Hiparco de Niceia deter mina a distância entre a Terra e seu satélite pelo tempo de duração de um eclipse.
Século I d.C. – Heron mostra que a luz se propaga em linha reta em meios transparentes e homogêneos estudando, conjuntamente, a reflexão e a refração (Alexandria).
Idade Média – É comum o uso de câmaras escuras de orifícios para a pintura de paisagens e ambientes.
1500 – Leonardo da Vinci relaciona a câmara escura de orifício com a propagação retilínea da luz.
Século XVII – As Leis de Kepler consolidam o sistema heliocêntrico ao permitir a previsão de eclipses com maior facilidade de cálculo que no sistema geocêntrico.
1919 – Eclipse solar, em Sobral, no Ceará, confirma a teoria da relatividade geral: o campo gravitacional desvia a luz. |
Exercícios propostos
1. (VUNESP-UEA-MODELO ENEM) – Se uma câmara escura de orifício for apontada para um objeto, a imagem do objeto formada no interior da câmara será invertida, como mostra a figura.
 |
| (www2.fc.unesp.br) |
A formação dessa imagem invertida se deve ao
a) princípio de propagação retilínea da luz.
b) fenômeno da reflexão regular da luz.
c) fenômeno da difração da luz.
d) fenômeno da refração da luz.
e) princípio da reversibilidade dos raios de luz.
2. (UNIRIO-RJ) – No mundo artístico as antigas “câmaras escuras" voltaram à moda. Uma câmara escura é uma caixa fechada de paredes opacas que possui um orifício em uma de suas faces. Na face oposta à do orifício, fica preso um filme fotográfico, no qual se formam as imagens dos objetos localizados no exterior da caixa, como mostra a figura.
Suponha que um objeto de 3,0m de altura esteja a uma distância de 5,0m do orifício, e que a distância entre as faces seja de 6,0cm.
Calcule a altura h da imagem.
3. (VUNESP) – Em 3 de novembro de 1994, no período da manhã, foi observado, numa faixa ao sul do Brasil, o último eclipse solar total do milênio passado. Supondo retilínea a trajetória da luz, um eclipse pode ser explicado pela participação de três corpos alinhados: um anteparo, uma fonte e um obstáculo.
a) Quais são os três corpos do sistema solar envolvidos nesse eclipse?
b) Desses três corpos, qual deles faz o papel de anteparo? De fonte? De obstáculo?
4. (UCMG-MODELO ENEM) – Num dia ensolarado, um aluno de 1,7m mede a sua sombra, encontrando 1,2m. Se, naquele instante, a sombra de um poste nas proximidades mede 4,8m, qual é a altura do poste?
a) 3,4 m
b) 4,3 m
c) 5,3 m
d) 6,8 m
e) 7,2 m
Gabarito
1. RESOLUÇÃO:
A formação de sombras e penumbras, além da projeção de imagens nítidas no fundo de câmaras escuras de orifício, são evidências da propagação retilínea da luz.
Resposta: A
2. RESOLUÇÃO:
Os triângulos observados na figura são semelhantes, assim:
Observe que utilizamos o fato de a luz se pro pagar de forma retilínea em meios ordinários.
Resposta: h = 3,6 cm
3. RESOLUÇÃO:
a) 
b) Anteparo: Terra
Fonte: Sol
Obstáculo: Lua
4. RESOLUÇÃO:
Como os raios de luz, provenientes do Sol, são considerados paralelos, os triângulos ABC e A’B’C’ são semelhantes:
Resposta: D
إرسال تعليق