FÍSICAFÍSICA• Do grego, que significa Do grego, que significa naturezanatureza, pois nos primórdios eram , pois nos primórdios eram

estudados aspectos do mundo animado e inanimado.estudados aspectos do mundo animado e inanimado.

• Atualmente, é a ciência que estuda a natureza em geral, Atualmente, é a ciência que estuda a natureza em geral, principalmente, as interações da matéria e energia, desde principalmente, as interações da matéria e energia, desde corpos infinitamente pequenos (mecânica quântica) até corpos infinitamente pequenos (mecânica quântica) até infinitamente grandes (Cosmologia).infinitamente grandes (Cosmologia).

• Identifica a trabalha com as leis básicas que regem o Identifica a trabalha com as leis básicas que regem o universo.universo.

• Sendo uma ciência, utiliza o método científico, baseando-se Sendo uma ciência, utiliza o método científico, baseando-se na matemática e na lógica para a formulação de seus na matemática e na lógica para a formulação de seus conceitos. conceitos.

Divisões da FísicaDivisões da Física

Quântica:Quântica: trata do universo do muito trata do universo do muito pequeno, dos átomos e das partículaspequeno, dos átomos e das partículas que que compõem os átomos.compõem os átomos.

Clássica:Clássica: trata dos objetos que encontramos trata dos objetos que encontramos no nosso dia-a-dia.no nosso dia-a-dia.

Relativística:Relativística: trata de situações que trata de situações que envolvem grandes quantidades de matéria e envolvem grandes quantidades de matéria e energia.energia.

Divisão TradicionalDivisão Tradicional

MecânicaMecânica (cinemática, dinâmica, (cinemática, dinâmica, estática, hidrostática)estática, hidrostática)

Termologia Termologia (termometria, calorimetria, (termometria, calorimetria, termodinâmica)termodinâmica)

OndulatóriaOndulatória ÓpticaÓptica EletrologiaEletrologia (eletrostática, (eletrostática,

eletrodinâmica, magnetismo e eletrodinâmica, magnetismo e eletromagnetismo)eletromagnetismo)

Física ModernaFísica Moderna

2009: Ano Internacional da 2009: Ano Internacional da AstronomiaAstronomia

ÓPTICA GEOMÉTRICAÓPTICA GEOMÉTRICA

Estudo da geometria dos raios de luz.

O que é a luz?O que é a luz? Conjunto de comprimentos de onda a que o olho humano é Conjunto de comprimentos de onda a que o olho humano é

sensível.sensível. Faixa de radiação eletromagnética que se situa entre as Faixa de radiação eletromagnética que se situa entre as

radiações infravermelhas e ultravioletas. radiações infravermelhas e ultravioletas.

Três grandezas físicas básicas da luz: cor (frequência), Três grandezas físicas básicas da luz: cor (frequência), brilho (amplitude) e polarização (ângulo de vibração).brilho (amplitude) e polarização (ângulo de vibração).

Simultaneamente, a luz apresenta propriedades de ondas e Simultaneamente, a luz apresenta propriedades de ondas e partículas (dualidade onda-partícula).partículas (dualidade onda-partícula).

Teorias sobre a LuzTeorias sobre a Luz Primeiras idéias dos gregos (século I aC, Lucrécio): a luz Primeiras idéias dos gregos (século I aC, Lucrécio): a luz

solar e o seu calor eram compostos de pequenas partículas.solar e o seu calor eram compostos de pequenas partículas.

Teoria corpuscular da luz (século XVII, Isaac Newton): luz Teoria corpuscular da luz (século XVII, Isaac Newton): luz como partícula que se desloca com uma velocidade maior como partícula que se desloca com uma velocidade maior na água do que no ar.na água do que no ar.

Teoria ondulatória da luz (século XVII, Huygens):Teoria ondulatória da luz (século XVII, Huygens): fenômeno ondulatório. Através das experiências de Young e fenômeno ondulatório. Através das experiências de Young e

Fresnel conseguiu-se medir o comprimento de onda da luz e Fresnel conseguiu-se medir o comprimento de onda da luz e provar sua propagação retilínea em meios homogêneos.provar sua propagação retilínea em meios homogêneos.

Foucault, século XIX, descobriu que a luz se deslocavaFoucault, século XIX, descobriu que a luz se deslocava mais mais rápido no ar do que na água.rápido no ar do que na água.

Dualidade onda Dualidade onda partículapartícula

* Caráter ondulatório* Caráter ondulatório (até o final do´século XIX): (até o final do´século XIX):Onda eletromagnética que se propaga no vácuo com velocidade Onda eletromagnética que se propaga no vácuo com velocidade

de 3 x 10de 3 x 1088 m/s. m/s.

V = V = λ . F λ . F

* * Caráter corpuscularCaráter corpuscular (Einstein e Planck): (Einstein e Planck): Pequeno pacote de energia chamado de fóton.Pequeno pacote de energia chamado de fóton.

E = h . FE = h . F

Obs.: Em 1911 Compton demonstrou que Obs.: Em 1911 Compton demonstrou que “a colisão de um fóton “a colisão de um fóton com um elétron tem comportamento de corpos materiais. com um elétron tem comportamento de corpos materiais.

Fontes de Luz da radiação Fontes de Luz da radiação visívelvisível

Dependem essencialmente do movimento de Dependem essencialmente do movimento de elétrons. elétrons.

Os elétrons podem ser levados de um estado de Os elétrons podem ser levados de um estado de energia mais baixa outro de energia mais alta energia mais baixa outro de energia mais alta através do aquecimento ou passagem de corrente através do aquecimento ou passagem de corrente elétrica. Ao retornarem a seus níveis mais baixos, os elétrica. Ao retornarem a seus níveis mais baixos, os átomos emitem radiação que pode estar na região átomos emitem radiação que pode estar na região visível do espectro.visível do espectro.

A fonte mais comum da radiação visível é o Sol.A fonte mais comum da radiação visível é o Sol.

ObservaçõesObservações Todos os objetos emitem radiação magnética, denominada radiação Todos os objetos emitem radiação magnética, denominada radiação

térmica, devido à sua temperatura. térmica, devido à sua temperatura.

Quando a radiação térmica é visível, os objetos são denominados Quando a radiação térmica é visível, os objetos são denominados incandescentes. Um exemplo para esta situação é o Sol. Para que incandescentes. Um exemplo para esta situação é o Sol. Para que observemos a incandescência, são necessárias temperaturas que observemos a incandescência, são necessárias temperaturas que excedam a 1.000°C.excedam a 1.000°C.

Quando a luz é emitida de objetos frios, o fenômeno é chamado de Quando a luz é emitida de objetos frios, o fenômeno é chamado de luminescência. Os exemplos são as lâmpadas fluorescentes, luminescência. Os exemplos são as lâmpadas fluorescentes, relâmpagos, e receptores de televisão. relâmpagos, e receptores de televisão.

Caso a energia que excita os átomos seja originada de uma reação Caso a energia que excita os átomos seja originada de uma reação química, chamamos ao fenômeno de quimiluminescência. química, chamamos ao fenômeno de quimiluminescência.

Mas, o que ocorre em seres vivos, como vagalumes e organismos Mas, o que ocorre em seres vivos, como vagalumes e organismos marinhos, é chamado de bioluminescênciamarinhos, é chamado de bioluminescência. .

Classificação das fontes de Classificação das fontes de LuzLuz

Primária: possuem luz própria.Primária: possuem luz própria.

Ex.: Sol, estrelas.Ex.: Sol, estrelas.

Secundária: necessitam receber luz de Secundária: necessitam receber luz de uma fonte para serem visualizadas.uma fonte para serem visualizadas.

Ex.: pessoas, caderno.Ex.: pessoas, caderno.

Meios de PropagaçãoMeios de Propagação Transparentes: permitem a passagem dos raios de luz e, por isso é Transparentes: permitem a passagem dos raios de luz e, por isso é

possível enxergar os objetos que estão do outro lado de um objeto possível enxergar os objetos que estão do outro lado de um objeto transparente.transparente.Ex.: vidro plano de janela.Ex.: vidro plano de janela.

Translúcidos: permitem a passagem dos raios de luz de uma maneira Translúcidos: permitem a passagem dos raios de luz de uma maneira irregular. É possível enxergar objetos através deles, mas não é possível irregular. É possível enxergar objetos através deles, mas não é possível identificar detalhes. O vidro leitoso é um exemplo.identificar detalhes. O vidro leitoso é um exemplo.

Opacos: não permitem a passagem dos raios de luz. É impossível Opacos: não permitem a passagem dos raios de luz. É impossível enxergar através de um corpo opaco. Ex.: parede de alvenaria.enxergar através de um corpo opaco. Ex.: parede de alvenaria.

Obs: * Em nosso estudos trabalharemos apenas com meios transparentes Obs: * Em nosso estudos trabalharemos apenas com meios transparentes e homogêneos, nos quais a luz se propaga em linha reta.e homogêneos, nos quais a luz se propaga em linha reta.

* Após atravessar um meio, a luz chegará em algum sistema óptico * Após atravessar um meio, a luz chegará em algum sistema óptico (espelho, globo ocular, lentes)(espelho, globo ocular, lentes)

Trajetória da LuzTrajetória da Luz

Reta (direção) + seta (sentido)Reta (direção) + seta (sentido)

Feixe divergente

Feixe convergente

Raio de luz

Feixe paralelo

Princípios da Óptica Princípios da Óptica GeométricaGeométrica

Propagação retilínea da luz (sombra, Propagação retilínea da luz (sombra, penumbra = eclipse total/parcial).penumbra = eclipse total/parcial).

Independência dos raios de luz.Independência dos raios de luz. Reversibilidade dos raios de luz.Reversibilidade dos raios de luz.

Fenômenos ÓpticosFenômenos Ópticos

REFLEXÃO:REFLEXÃO: ao atingir uma superfície, a ao atingir uma superfície, a luz retorna ao meio de origem.luz retorna ao meio de origem.

A reflexão pode ser classificada como: A reflexão pode ser classificada como:

regular ou difusa.regular ou difusa.

Observações a respeito da Observações a respeito da reflexãoreflexão

Em espelhos ocorre o fenômeno da Em espelhos ocorre o fenômeno da reflexão regular.reflexão regular.

A cor exibida por um corpo é A cor exibida por um corpo é determinada pela luz que ele reflete determinada pela luz que ele reflete difusamente.difusamente.

Os objetos que vemos diariamente Os objetos que vemos diariamente refletem difusamente a luz.refletem difusamente a luz.

Corpo branco

Corpo azul

Corpo preto

REFRAÇÃO:REFRAÇÃO: passagem da luz de um passagem da luz de um meio para outro com mudança de meio para outro com mudança de velocidade de propagação e na maioria velocidade de propagação e na maioria das vezes, desvio de sua trajetória.das vezes, desvio de sua trajetória.

Absorção:Absorção: todo corpo ao sofrer todo corpo ao sofrer incidência da luz absorve certa incidência da luz absorve certa quantidade de energia.quantidade de energia.

Obs.: Fenômenos ópticos ocorrem Obs.: Fenômenos ópticos ocorrem simultaneamente.simultaneamente.

Velocidade da LuzVelocidade da Luz

A luz se propaga no vácuo numa A luz se propaga no vácuo numa velocidade constante, que é uma velocidade constante, que é uma constante da Física, representada por constante da Física, representada por cc e e igual a 299 792 458 m/s.igual a 299 792 458 m/s.

Medidas para a LuzMedidas para a Luz

Intensidade da radiação/brilho: W/mIntensidade da radiação/brilho: W/m22

Iluminância ou iluminação: luxIluminância ou iluminação: lux

Fluxo luminoso: lumenFluxo luminoso: lumen

Intensidade luminosa: candelaIntensidade luminosa: candela

O que é a difração da O que é a difração da luz?luz?

É o fenômeno que ocorre com as ondas quando passam por É o fenômeno que ocorre com as ondas quando passam por um orifício ou contornam obstáculos de dimensões na ordem um orifício ou contornam obstáculos de dimensões na ordem de grandeza do seu comprimento de onda. de grandeza do seu comprimento de onda.

Para que ocorra a difração com a luz visível é necessária a Para que ocorra a difração com a luz visível é necessária a utilização de redes de difração (superfícies reflexivas ou utilização de redes de difração (superfícies reflexivas ou transparente onde são fritos vários sulcos, uns próximos aos transparente onde são fritos vários sulcos, uns próximos aos outros).outros).

Exemplos da utilização de redes de difração para a luz Exemplos da utilização de redes de difração para a luz visível: quando olhamos um tecido de trama fina contra uma visível: quando olhamos um tecido de trama fina contra uma fonte de luz distante ou observamos o reflexo num CD ou fonte de luz distante ou observamos o reflexo num CD ou olhamos para a Lua através de uma nuvem, percebemos olhamos para a Lua através de uma nuvem, percebemos halos coloridos (os pequenos obstáculos são a trama, os halos coloridos (os pequenos obstáculos são a trama, os sulcos do CD ou as gotinhas de água).sulcos do CD ou as gotinhas de água).

EXERCÍCIOSEXERCÍCIOS        

1) Uma folha V reflete apenas luz verde. Uma outra folha A absorve todas as cores, exceto a amarela. Iluminando ambas as folhas com luz branca e observando através de um filtro vermelho:a) ambas parecerão pretasb) ambas parecerão vermelhasc) ambas parecerão verdesd) ambas parecerão brancase) a folha V parecerá amarela e a folha A parecerá verde 

2) Um disco opaco de 20 cm de raio dista 0,50 m de uma fonte puntiforme luminosa. Uma tela é colocada 1,50 m atrás do disco, de forma que a reta que passa pela fonte e pelo centro do disco é perpendicular à tela e esta é paralela ao disco. O diâmetro da sombra do disco projetada na tela, em cm, vale:a) 10b) 20c) 40d) 80e) 160

3) Um edifício iluminado pelos raios solares projeta uma sombra de comprimento L = 72,0 m. Simultaneamente, uma vara vertical de 2,50 m de altura, colocada ao lado do edifício, projeta uma sombra de comprimento ℓ = 3,00 m. Qual é a altura do edifício?a) 90,0 mb) 86,0 mc) 60,0 md) 45,0 me) nenhuma das anteriores 

4) No passado, durante uma tempestade, as pessoas costumavam dizer que um raio havia caído distante, se o trovão devido a ele fosse ouvido muito tempo depois; ou que teria caído perto, caso acontecesse o contrário. Do ponto de vista da Física, essa afirmação está fundamentada no fato de, no ar, a velocidade do som:a) variar como uma função da velocidade da luz.b) ser muito maior que a da luz.c) ser a mesma que a da luz.d) variar com o inverso do quadrado da distância.e) ser muito menor que a da luz.

5) A folha impressa de um livro apresenta impressão de letras pretas sobre o fundo branco do papel; isso facilita a leitura e a percepção da escrita. O que ocorre com a luz ? Ela: a) é absorvida pela escrita e refratada pelo papel branco; b) é refletida pela escrita e absorvida pelo papel branco; c) é absorvida pela escrita e refletida pelo papel branco; d)é refletida igualmente pelas duas partes; e) é refratada em graus diferentes pelas duas partes.  

6) O laser tem sido cada vez mais utilizado na medicina em inúmeras aplicações. Um raio laser é monocromático, ou seja, é um feixe com uma única freqüência. Raios de diferentes cores são usados, dependendo do efeito desejado e do tipo de tecido a ser tratado. Aplicações incluem desde o corte cirúrgico de grande precisão até a remoção de tatuagens, na qual os pigmentos coloridos sob a pele são pulverizados ao absorver a luz e são eliminados pelo sistema imunológico. Nesses tipos de aplicações, o médico deseja que a energia do laser seja absorvida ao máximo pelo tecido atingido, ou pelos pigmentos das tatuagens.Suponha que um médico dispões de um laser de argônio, que emite num comprimento de onda de 450 nm e um laser de dióxido de carbono (CO2), que emite na faixa de 740 nm, ambos com a mesma potência. Na figura abaixo, está representado o espectro da luz visível, com os comprimentos de onda correspondentes a cada cor.

Com base nessas informações e em seus conhecimentos sobre a absorção da luz pelos materiais, analise as seguintes afirmativas:I. Se o médico deseja fazer um corte em um tecido de cor vermelha é mais apropriado usar o laser de argônio do que o de CO2.II. Na remoção de tatuagens, os pigmentos de cor preta são os mais fáceis de ser pulverizados.III. Um laser de cor branca é o mais indicado para o corte cirúrgico.

Está(ão) correta(s) apenas a(s) alternativa(s):a) I, II e IIIb) II e IIIc) I e IIId) I e IIe) I

7) Um raio de luz, ao se refletir sobre uma superfície, apresenta-se refletido difusamente. Isto mostra que:a) a superfície refletora é planab) a superfície refletora é côncavac) a superfície refletora absorve parcialmente a luz incidented) a superfície refletora é rugosa

8) Com base em seus conhecimentos sobre Óptica Física e Geométrica, analise as afirmativas abaixo.

I. Quando a luz passa do ar para o vidro, ocorre uma mudança no seu comprimento de onda, fato que é explicado pelo fenômeno da difração.II. Reflexão, refração e absorção são fenômenos ondulatórios que não podem ocorrer simultaneamente.III. A cor de um feixe de luz monocromática não se altera quando esse feixe passa de um meio transparente para outro.IV. O fenômeno da difração ocorre com todas as ondas, caracterizando-se pelo desvio da direção em que a onda se propaga ao encontrar um obstáculo.

Dessas afirmativas, está(ão) correta(s) apenasa) I, II e III.b) I, III e IV.c) I e II.d) III e IV.e) II e IV.

9) Quando ligamos o interruptor e acendemos uma lâmpada numa sala, a iluminação proveniente dela é medida em termos do fluxo luminoso, medido em lumens (lm). Antigamente, quando uma mãe mandava um filho comprar uma lâmpada, ela especificava dizendo que trouxesse uma de 60 velas. Atualmente, se olharmos a especificação de uma lâmpada incandescente, veremos que está escrito, por exemplo, (127V ,100W) e não está especificada a iluminação, nem em lumens (lm) nem em velas (cd). Já nas lâmpadas fluorescentes a especificação é mais completa: (127V , 20W, 1256 lm). Considerando que a intensidade luminosa de uma vela é igual a uma candela (cd) e que a iluminação de uma superfície varia com o inverso do quadrado da distância da fonte à superfície iluminada, então a definição de fluxo luminoso de 1 lúmen, emitido por uma vela (1cd), é igual à quantidade de luz que passa por segundo através de uma superfície de 1,0 m2, distante 1,0 m da fonte. Partindo da definição da unidade do fluxo luminoso, calcule quantos lumens irradia uma vela de cera e a quantas velas equivale a iluminação da lâmpada fluorescente acima especificada, bem como a quantos Watts (W) equivale a lâmpada que a mãe mandou buscar:a) 12,60 lm ; 100 velas ; 60Wb) 6,30 lm ; 100 velas ; 100Wc) 3,14 lm ; 60 velas ; 100Wd) 12,60 lm ; 100 velas ; 100We) 6,30 lm ; 60 velas ; 60W

10) Uma pessoa avista um ponto mais alto de uma torre mediante um ângulo visual a . Afastando-se uma distância de 4 metros dessa torre, essa pessoa vê a torre mediante um ângulo visual b.Determine a altura (h) da torre, sabendo-se que:a = 45º e tg b = 5/6. a) 15 metrosb) 18 metrosc) 35 metrosd) 30 metrose) 20 metros