Prof. Cesário

1 - INTRODUÇÃOPara que se possa ter um noção do que seja a luz é necessário conhecer os fenômenos que ocorrem com ela.

i – Em um meio homogêneo a luz se propaga em linha reta com velocidade constante.

A luz tem uma velocidade (no vácuo) de 3,0 x 108 m/s e levacerca de 8 min e 20 s para sair do Sol e chegar à Terra.

ii – Se um feixe de luz atinge uma superfície de separação de dois meios, o feixe retorna ao meio de origem. Este fenômeno é denominado reflexão.

iii – Quando a luz atravessa a superfície de separação de dois meios, ela sofre um desvio que se denomina refração.

iv – Quando dois feixes de luz se cruzam, eles se combinam no cruzamento.Após o cruzamento eles retornam à sua forma e intensidade inicial.v – A interferência e a difração, já estudados no capítulo “Ondas”, estão também presentes quando se trata da luz.

vi – Se um feixe de luz atinge moléculas de um gás ele pode arrancar elétrons de átomos desse gás.

2 – NATUREZA DA LUZ

O que é a luz?

Esta é uma pergunta, cuja resposta, vem preocupando os Físicos.

Várias são as teorias apresentadas mas, na realidade, ainda hoje, não se pode afirmar o que “é a luz”.

TEORIA CORPUSCULAR

No século I a.C. Lucrécio, descrevia a luz e o calor com sendo um conjunto de partículas emitidas pela fonte. A idéia tinha por base a teoria atômica da matéria.

No século XVII A teoria corpuscular foi consolidada, quando Isaac Newton (1643-1727) explicou satisfatoriamente os fenômenos luminosos a partir daconsideração da luz como um conjunto de partículas.A teoria corpuscular foi amplamente desenvolvida por seguidores de Newton no século XVIII.

TEORIA ONDULATÓRIA

Os fenômenos que mais caracterizavam a luz como onda eram o aumento davelocidade na refração, a difração e a interferência.

Maxwell, no século XIX, afirmou:a luz é uma "modalidade de energia radiante" que se "propaga" através de ondas eletromagnéticas.

O físico francês Jean Bernard Léon Foucault, no século XIX, descobriu que a luz se deslocava mais rápido no ar do que na água. O efeito contrariava a teoria corpuscular de Newton, esta afirmava que a luz deveria ter uma velocidade maior na água do que no ar.

Em 1665, Francesco Maria Grimaldi observou os efeitos de difração, fenômeno característico de uma onda. Porém, o significado das suas observações não foi entendido e explicadas suas razões naquela época.As experiências de Young (primeiro quarto do século XIX) sobre interferência e difração possibilitou a determinação de um comprimento de onda da luz para a luz.

FÓTONS E LUZA VOLTA DA TEORIA CORPUSCULAR

Ao tentar explicar a emissão de elétrons por incidência de luz, a teoria ondulatória falhou pois, uma onda não transporta e nem remove matéria.

Foi Albert Einstein, usando a idéia de Max Planck, que propôs ser um feixe de luz constituídos de pequenos pacotes de energia a que se denominoufótons, ficando assim explicado o fenômeno da emissão fotoelétrica.A confirmação da descoberta de Einstein se deu no ano de 1911, quando Arthur Compton demonstrou que "quando um fóton colide com um elétron, ambos comportam-se como corpos materiais."

Como certos fenômenos são de caráter ondulatório e outros de carátercorpuscular, é hoje aceita a idéia dual (dupla) para a luz.Isto é, em certos momentos a luz procede como uma onda e em outroscomo uma partícula.

3 – FONTE E OBJETOS ILUMINADOS

Alguns objetos produzem luz. Estes são denominados fontes.São exemplos de fonte luminosas: o sol, um vela acesa, um palito de fósforo aceso, um bico de gás ligado, etc.

Porém, a maioria dos objetos que vemos não têm luz própria. Eles recebem luz de uma fonte e a refletem.

Esta rosa, por exemplo, no escuro não seria vista. Ela parece vermelha apesar de receber uma luz branca. Isto é devido à sua constituição atômica. Ela absorve as demais cores e reflete apenas a cor vermelha.

Se você iluminasse uma bandeira do Brasil com luz vermelha, como elaseria vista, supondo que as cores fossem monocromáticas?

Para que ocorra a visão de objetos é necessário que a luz atinja os olhos do observador. A luz, que sai do objeto, seja ela própria ou refletida, atravessa a córnea, o humor aquoso, o cristalino, o humor vítreo a atinge a retina onde se forma a imagem.

Humor aquoso

Humor vítreo

No fundo do olho está o nervo ótico que é ligado ao cérebro. Através dele as informações luminosas são enviadas ao

cérebro onde então, se tem a percepção do que está sendo visto.

Na retina existem células Fotossensíveis (sensíveis à luz).

São: os cones que permitem distinguir as cores e os

bastonetes que avaliam a intensidade luminosa.

Desde bebê, o cérebro é treinado a localizar, o que é visto, na posição emque os raios, que chegam aos dois olhos, se encontram. Isto é feito à medidaque o bebê vai tentando alcançar com as mãos o objeto visto.

Você não consegue estabelecer com presteza qual estrela está mais perto de você. Isto deve-se ao fato de você nunca ter testado o tamanho de uma estrela e a distância das estrelas até você.

No espelho - a luz vem do objeto, atinge o espelho, reflete e chegaaos dois olhos. O cruzamento dos raios que atingem o observador se dá em seus prolongamentos. Assim, a luz parece vir da imagem.Por este motivo, o observador vê algo no local onde se forma a imagem.

Vendo umobjeto

Vendo umaimagem

Observe as imagens do lápis. O menor parece estar mais distante, apesar de todos estarem no mesmo plano. Isto se deve ao fato da imagem, formada na retina, ser menor quanto mais afastados estiver o objeto.Esta informação (imagem menor – objeto mais afastado) é armazenada no cérebro à medida que vamos tomando conhecimento dos objetos com relação às suas dimensões e as distâncias em que se encontram de nós.

Teste:

Qual cilindro parece estar mais longe(1) Para o observador da figura?(2) Para você?Olhe primeiro as imagens e depoisa régua.

4 – REFLEXÃO DA LUZ

A reflexão da luz consiste no retorno da luz quando a mesma atingea superfície de separação de dois meios.

A reflexão pode ser:

difusa. Quando um feixe paraleloreflete em direções não paralelas.Ocorre em superfícies ásperas e não há formação de imagens dafonte de luz.

Especular. Ocorre um superfícies lisas.Neste caso feixes paralelos

são refletidos também paralelos.A organização dos raios provocam

a formação de imagens como ocorre nos espelhos,

em superfícies polidas (espelhos) e na superfície de lagos.

A reflexão se processa de acordo com as leis:

1ª lei da reflexão: o raio incidente, a normal à superfície no ponto de incidência e o raio refletido pertencem a um mesmo plano.

Superfície refletora

i Ângulo deincidência

rÂngulo dereflexão

Raio incidenteRaio

refletido normal

2ª lei da reflexão: a medida do ângulo de incidência é igual à medida do ângulo de reflexão (i = r).

Observe que os ângulos citados são formados pelos raios e a normal e não formados pelos raios com a superfície.

5 – IMAGENS EM ESPELHOS PLANOScConsidere um espelho plano E, um objeto O e um raio que origina no o objeto, atinge o espelho e reflete. O ângulo que ele forma coma normal é “i”. A reflexão se dá segundo o ângulo r, tal que i = r.

i1

Seja OA uma perpendicular ao espelho.

i1 = i pois AO é paralela à normal (alternos internos)

i2

Tem-se então: i2 = r (correspondentes)

De acordo com a segunda lei da reflexão: i = r.Deste modo i2 = i1. Portanto, o triângulo ODB éisósceles e AB a sua altura. Disto pode-se concluir que AO = AD.

Nri

O

E

AD

BTracemos BD - prolongamento do raio refletido.

Se traçarmos um novo raio, veremos que o raio refletido também terá seu prolongamento passando por D. Assim, todos os raios que saírem de um mesmo ponto do objeto parecerão ter origem em D, onde será então, localizada a imagem (D) do objeto (O) no espelho.Em resumo: a imagem de um objeto formada em um espelho plano encontra-sesobre a perpendicular traçada do objeto ao espelho, sendo a distância da imagemao espelho igual à distância do objeto ao espelho.

Veja algumas imagens em espelhos planos e verifique que:

1 – a reta que liga do objeto à imagem é perpendicular ao espelho.

2 – a distância do objeto ao espelho é igual à distância da imagem ao espelho.

As fotos abaixo seriam possíveis ou são montagens? Justifique.

Veja a resposta no final desta apresentação.

6 - ESPELHOS PLANO COM ÂNGULOS

As fotos mostram como são formadas as imagens quando dois espelhos formamum ângulo.

Se observarmos, as imagens dos espelhos e os espelhos dividem uma circunferência em regiões.

Quando o ângulo formados pelos espelhos é um divisor de 360º, teremos uma divisão do espaço em regiões idênticas.

O número de divisões é 360º/, onde é o ângulo formados pelos espelhos.

Como em uma das regiões é colocado o objeto, o número de imagens será:

360º

N = - 1

Se a divisão não for exata, a região oposta aos dois espelhos parecerá menor.Olhando através de um dos espelhos consegue-se ver uma imagem (ou parte) e olhando no outro, vê-se outra imagem (ou parte).Se considerarmos que cada parte é uma imagem, o número de imagens seráigual ao menor inteiro maior que 360/.

EXERCÍCIOS

1 - Um objeto vertical de 1,8m de altura é colocado a 2,0m de distância de um espelho plano vertical de 1,2m de altura, obtendo-se uma imagem de altura H. Se o objeto afastar-se do espelho, para uma nova distância igual a 6,0m do espelho, a imagem terá a altura H'. Qual é o valor da altura H’?Resp: 1,8 m 

2 - Sentado na cadeira da barbearia, um rapaz olha no espelho a imagem do barbeiro, em pé atrás dele. Se o rapaz está a 0,5 m do espelho e o barbeiroa 0,8 m do rapaz, A que distância (horizontal) dos olhos do rapaz fica a imagem do barbeiro?  Resp: 1,3 m.

3 - Sobre o vidro de um espelho plano coloca-se a ponta de um lápis e verifica-se que a distância entre a ponta do lápis e sua imagem é de 12mm. Qual é a espessura do vidro do espelho?Resp: 6 mm 

4 - KLAUSS, um menininho de 7 anos, usava uma camisa com seu nomeem frente a um espelho plano.Resposta:

5 – Um carrinho a pilha está a 140 cm de um espelho plano. Se o carrinho se movimenta a 10 cm/s aproximando do espelho, a que distância estará de sua imagem ao fim de 5 segundo? Resposta: 180 cm

6 – Gutemberg tem em sua casa um espelho que cobre toda a altura da parede que é de 2,6 m. Se a pessoa mais alta de sua casa tem 1,78 m de altura, qual é a altura mínima necessária para que essa pessoa possa ver seu corpo inteiro? Essa altura depende ou não da distância ao espelho? Resposta: 0,88 m. Não.

7 – Que ângulo deve formar dois espelhos planos para que sejam observadas 2 imagens inteiras? Resposta: 120º

8 – Numa festa de aniversário um promotor de eventos havia prometido levar 10 anões. Porém, ocorreu um contratempo e somente dois puderam ir. O promotor conseguiu então dois espelhos planos e resolveu o problema. Como ele colocou os espelhos para cumprir o que havia prometido? Resposta: colocou os dois espelhos formando 72º

9 – Um raio luminoso incide sobre uma superfície formando um ângulo de incidência de 42º. Qual é a medida do ângulo que o raio faz com a superfície?Resposta: 48º

Resposta sobre as montagens:Ambas são realmente montagens. Os fatos não aconteceriam em espelhos planos. Na primeira, se a imagem está de costas, o rapaz deveria estar também de costas para o espelho.Na segunda, o braço esquerdo da mulher está mais afastado do espelho que o corpo. Na imagemEste braço está mais próximo. Além disso a moça está virada para a esquerda de quem olha a fotoe a imagem para a direita de quem olha a foto.