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Refração da Luz
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O que é Refração ?
É um fenômeno que ocorre quando a luz passa através da interface que separa dois meios, ocasionando uma mudança na direção de propagação. A refração é decorrente de uma diferença na velocidade de propagação nos dois meios
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Índice de Refração
Índice de refração (n) é uma relação entre a velocidade da luz em um determinado meio e a velocidade da luz no vácuo (c). Em meios com índices de refração mais baixos (próximos a 1) a luz tem velocidade maior (ou seja, próximo a velocidade da luz no vácuo). A relação pode ser descrita pela equação:
Onde: c é a velocidade da luz no vácuo (c=3x108 m/s);v é a velocidade da luz no meio
vcn =
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A Lei de Snell-Descartes
A relação entre i, r, n1 e n2 na refração édada pela Lei de Snell-Descartes:
Analisando esta lei concluímos que:I) Se a luz vai de um meio menos para outro mais refringente (n1 < n2), temos r < i, ou seja, o raio aproxima-se na direção normal (N).II) Se a luz vai de um meio mais para outro menos refringente (n1 > n2), temos r > i, ou seja, o raio afasta-se da direção normal (N).
1
2
nn
senrseni
= ;ou
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Reflexão Total
C é o ângulo limite para o par de meios.
A reflexão total só ocorre quando a luz passa de um meio mais refringente para outro menos refringente e o ângulo de incidência (i) é maior do que o ângulo limite.
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Reflexão total numa fibra ótica
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Dióptros planos
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Interfaces contíguas
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Prismas
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Prismas de reflexão total
Periscópio
Obs. O periscópio da figura utiliza um espelho plano, mas háperiscópios e também telescópios que utilizam prismas no lugar do espelho.
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Lentes delgadas
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Classificação das Lentes
Côncavo
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Representação e elementos
Fi - foco imagem Ai - ponto antiprincipal imagemFo - foco objetoAo - ponto antiprincipal objetoO - centro óptico da lente
Borda Fina(Convexa) Borda Grossa
(Côncava)
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Bordas Uma lente de borda fina é convergente se estiver imersa num meio cujo índice de refração seja MENORque o da lente. Caso ela esteja num meio de maior índice de refração, ela se comporta como uma lente divergente.
Uma lente de borda grossa é divergente se estiver imersa num meio cujo índice de refração seja MENORque o da lente. Caso ela esteja num meio de maior índice de refração, ela se comporta como uma lente convergente.
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Raios notáveis
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Construção de imagens
Lentes ConvexasB-A-
Imagem:•Real•Invertida•Menor que o objeto
Imagem:•Real•Invertida•Do mesmo tamanho que o objeto
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Imagens em lentes convexas
D-C-
Imagem:•Real•Invertida•Maior que o objeto
Imagem:•Virtual•Direita•Maior que o objeto
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Construção de Imagens
Lentes Côncavas Imagem:•Virtual•Direita•Menor que o objeto
Obs: As lentes côncavas só produzem imagem com essa característica.
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Estudo analítico das Lentes
P>0
P’<0
f>0
P<0
P’>0
f>0
P>0
P’<0
f<0
P<0
P’>0
f<0
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Equação de Gauss
f
p
P’
'111ppf
+=
f = distância focal
p = abscissa do objeto
p’= abscissa da imagem
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Ampliação
f
p
P’
pp
oi '
−=
oiA =
i = tamanho da imagem
o = tamanho do objeto
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Resumo
Objeto real p>0
Imagem real p’>0
Imagem virtual p’<0
Imagem direita (i/o)>0
Imagem invertida (i/o)<0
Lente Convexa f>0
Lente Côncava f<0
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Vergência
fV 1=
Também chamada de convergência, a vergênciaé o inverso da distância focal. No sistema internacional, é medida em m-1 ou dioptria (di).
A dioptria é conhecida como o “grau” da lente.
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Equação de Halley ou equação dos fabricantes de lentes
)11).(1(1
211
2
RRnn
f+−=
=1
2
nn
Índice de refração da lente em relação ao meio
R1 e R2 = raios de curvatura da lente (ambas as faces)
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Instrumentos Óticos
O olho humano
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Olho
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Células da RetinaOs cones e os bastonetes, não são mais do que as células fotorreceptoras, que compõem a retina, sendo que as primeiras são as responsáveis pela visão das cores, nomeadamente do azul, vermelho e verde.O que acontece é que existem grupos de cones que apenas distinguem o azul, outros o vermelho e outros o verde, e éatravés da interação entre estes diferentes grupos de cones que, o ser humano consegue distinguir toda a vasta série de cores que, ao nossos olhos, existem.De salientar que, a falta de um destes grupos de cones leva à tão conhecida doença de Daltonismo.Os bastonetes não conseguem distinguir as cores e como requerem pouca luminosidade, têm maior ação à noite.
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Defeitos da visão
PRINCIPAIS DEFEITOS DA VISÃO:MIOPIAHIPERMETROPIAPRESBIOPIAASTIGMATISMOESTRABISMOCATARATADALTONISMO
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Descrição
HIPERMETROPIAÉ corrigida com o uso de lentes convergentes.Apresenta como defeito o encurtamento do globo ocular.Dificuldade de enxergar objetos mais próximos.
MIOPIAApresenta como defeito o achatamento do globo ocular, provocando um alongamento no eixo óptico.A correção é feita através de lentes divergentes.O míope tem dificuldade de enxergar objetos mais distantes.A imagem é formada antes da retina.
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Miopia e Hipermetropia
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Presbiopia e Astigmatismo
ASTIGMATISMOApresenta defeito na córnea, com raios de curvatura irregulares.Ocasiona uma visão manchada dos objetos.A correção é feita com o uso de lentes cilíndricas.
PRESBIOPIAApresenta como defeito o endurecimento do cristalino.Perda da capacidade de acomodação visual.Não é defeito congênito, mais decorrente da idade.É conhecida vulgarmente como "vista cansada".A correção é feita com o uso de lentes convergentes.
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Estrabismo e Catarata
CATARATADefeito que apresenta como causa a opacidade do cristalino.A correção é feita com a substituição do cristalino por uma lente artificial, através de uma cirurgia.Geralmente este defeito éencontrado em pessoas idosas.
ESTRABISMOApresenta como defeito a incapacidade de dirigir para um mesmo ponto os eixos ópticos dos olhos.A correção é obtida com o uso de lentes prismáticas.
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Daltonismo
DALTONISMOA retina humana dispõe de dois tipos de célula fotossensível: os cones e os bastonetes.Os cones são os responsáveis pela nossa visão colorida, fazendo a composição das cores primárias.Os bastonetes são mais sensíveis à luz, embora não as cores.A ausência de certos tipos de cones na retina, determinada por características genéticas, acarreta a falta de percepção de algumas cores, ou, as vezes, de todas. A cor que o daltônico não consegue captar é interpretada pelo cérebro como apenas mais um tom de cinza.
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Instrumentos Óticos
Lupa
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Instrumentos Óticos
Máquina fotográfica
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Instrumentos Óticos
Microscópio
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Instrumentos Óticos
Luneta
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Instrumentos Óticos
Telescópios
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Telescópio
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Fim...
Prof. Claudio Mendonça