Óptica

A óptica é o ramo da Física responsável pelo estudo da luz e dos fenômenos relacionados a ela. Entre eles, estão a propagação retilínea dos raios de luz, a polarização, a interferência etc.

A óptica é o ramo da Física que estuda o comportamento da luz. Ela pode ser dividida em dois ramos principais: óptica geométrica e óptica física. Neste artigo, diferenciaremos cada um deles.

O que é a óptica

A óptica é o ramo da Física responsável pelo comportamento e fenômenos relacionados à luz. Comumente a óptica tratará do comportamento bem definido das radiações ultravioleta, infravermelha e visível. Entretanto, há casos nos quais se estudam os comportamentos das demais radiações do espectro eletromagnético.

Fonte: Wikimedia.

A grande maioria dos fenômenos ópticos é estudado com base em uma concepção clássica da propagação luminosa. Ou seja, não se leva em conta a natureza da luz. A óptica clássica é dividida entre óptica geométrica e óptica física.

Óptica geométrica

A óptica geométrica é o ramo da óptica no qual não há preocupação com a natureza da luz. Deste modo, a luz é interpretada como raios luminosos. Assim, tais raios obedecem aos princípios da óptica geométrica que são: propagação retilínea da luz, reversibilidade dos raios luminosos e independência dos raios.

Propagação retilínea da luz

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A propagação retilínea da luz significa que a luz se propagará em linha reta se estiver em meios homogêneos e transparentes. Devido a esse princípio da óptica geométrica, é possível a explicação de sombras, de penumbras e, até mesmo, de eclipses. Os demais princípios da óptica geométrica podem ser explicados a partir da propagação retilínea da luz.

  • Reversibilidade dos raios de luz: esse princípio nos aponta que a trajetória de um raio de luz é a mesma em ambas as direções. Ou seja, caso a trajetória do raio luminoso troque de sentido, o caminho percorrido será o mesmo. É por conta desse princípio que temos certeza que uma pessoa está nos vendo através de um espelho quando também a observamos pelo mesmo espelho.
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  • Independência dos raios de luz: esse princípio nos diz que, quando dois ou mais raios de luz se cruzam, eles continuarão sua trajetória sem interferência. Ou seja, um raio não interfere na trajetória de outro. Por conta deste princípio, é possível ver as lindas iluminações em festas e shows. Além disso, para os fãs de Star Wars, este princípio impossibilita a existência de um sabre de luz.
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Todos estes princípios foram explicados considerando um meio de propagação homogêneo e transparente. Existem outros tipos de meio, veja quais são:

  • Meio transparente: é aquele meio que permite a propagação regular da luz. Um exemplo de meio de propagação transparente é o ar.
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  • Meio translúcido: é aquele meio no qual a luz não passa de maneira regular. Nesse meio, não é possível ver com clareza o objeto do outro lado. Um exemplo desse meio de propagação é o vidro fosco.
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  • Meio opaco: nesse meio, não há propagação alguma da luz através dele. Não é possível ver o objeto do outro lado. Um exemplo desse meio de propagação é a parede de concreto.
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Como vimos, dependendo das características do meio, a propagação luminosa se altera.

Reflexão da luz

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Quando a luz incide sobre um meio, ela é refletida. Por exemplo, quando enxergamos um objeto que não possui luz própria deve-se ao fato de estar refletindo a luz que incide sobre ele.

A reflexão da luz pode ser regular ou difusa:

  • Reflexão regular: quando a luz incide sobre uma superfície lisa, todos os raios que incidem paralelos são refletidos paralelamente. Um exemplo de reflexão regular é o espelho plano.
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  • Reflexão difusa: quando os raios de luz incidem sobre uma superfície rugosa ou irregular, os raios são refletidos de maneira difusa. Por conta desse tipo de reflexão é que podemos perceber a forma tridimensional dos objetos.
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Dessa forma, a reflexão luminosa está presente em nosso cotidiano em diversos aspectos.

Óptica física

Na óptica física, considera-se que a luz se propaga na forma de ondas. Esse modelo, portanto, prevê fenômenos ópticos como a absorção da luz, polarização luminosa, interferência e difração.

Emissão de luz

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A luz pode ser emitida de diversas maneiras, seja por meio da excitação de um átomo mediante o efeito fotoelétrico, por exemplo. As fontes emissoras de luz podem ser classificadas quanto à sua natureza primária (que possuem luz própria) ou secundárias (que não possuem luz própria). Além disso, elas podem ser classificadas quanto ao tamanho e podem ser pontuais (quando as dimensões são irrelevantes para o estudo) ou extensas (quando as dimensões devem ser consideradas).

Absorção da luz

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Quando a luz incide sobre um objeto, ele absorve todos os comprimentos de onda e reflete apenas o que está relacionado à sua cor. Por exemplo, uma superfície azul, absorverá todos os comprimentos de onda e refletirá apenas os comprimentos de onda relacionado à luz azul.

Interferência da luz

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Na eventualidade de duas ou mais ondas se sobrepõem, acontece um fenômeno chamado de interferência. No caso das fases das ondas serem iguais (cristas e cristas), ocorre a interferência construtiva. Por sua vez, se as fases das ondas forem diferentes (cristas e vales), sucede o fenômeno chamado de interferência destrutiva.

Difração da luz

Quando uma onda luminosa passa por um obstáculo cujo tamanho é próximo ao tamanho do comprimento de onda da luz ocorre o fenômeno da difração. Dessa forma, a difração pode ser entendida como a capacidade das ondas contornarem obstáculos.

Polarização da luz

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Esse processo pode ser entendido como uma espécie de filtro de luz. Ao passar por um polarizador, as ondas são selecionadas conforme a sua direção de vibração. Esse fenômeno é exclusivo de ondas transversais. Isto é, ondas que vibram perpendicularmente à direção de propagação. Por conta disso, o som não pode ser polarizado.

Apesar de os dois ramos da óptica possuírem uma separação conceitual, eles estão diretamente ligados entre si.

Vídeos sobre óptica

Agora que vimos os princípios básicos da óptica, vamos aprofundar nosso conhecimento sobre esse assunto.

Como é uma viagem na velocidade da luz?

A luz é o ente físico mais rápido conhecido pelos seres humanos. Por conta disso, o tempo transcorre diferente para tudo aquilo que viaja em velocidades próximas à velocidade da luz. Você sabe o que aconteceria se você conseguisse viajar nessa grandeza?

Experimento sobre óptica geométrica

Neste vídeo, veja como a luz se comporta ao passar por lentes e espelhos.

Aprofundamento em óptica geométrica

Aprofunde seus conhecimentos sobre os conceitos de óptica geométrica.

Como vimos, a óptica é um ramo muito amplo da física estudado desde a antiguidade. Você pode aprofundar seus conhecimentos sobre a óptica ao conhecer mais sobre as lentes esféricas.

Referências

YOUNG, H. D. et al. Física IV: óptica e física moderna. São Paulo: Addison Wesley, 2016.
MENEZES, L. C. et al. Leituras de Física. São Paulo: Universidade de São Paulo, 1998.

Hugo Shigueo Tanaka
Por Hugo Shigueo Tanaka

Divulgador Científico e co-fundador do canal do YouTube Ciência em Si. Historiador da Ciência. Professor de Física e Matemática. Licenciado em Física pela Universidade Estadual de Maringá (UEM). Mestre em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM). Doutorando em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM).

Como referenciar este conteúdo

Tanaka, Hugo Shigueo. Óptica. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/optica. Acesso em: 25 de September de 2020.

Exercícios resolvidos

1. [Eear]

Considere um observador frente a três anteparos, em um meio homogêneo e transparente, cada um com um orifício em seu respectivo centro, conforme mostra a figura que se segue. Através desses orifícios, o observador consegue enxergar a chama de uma vela devido a um princípio da Óptica Geométrica denominado _________.


a)Princípio de independência dos raios de luz.
b)Princípio de reversibilidade dos raios de luz.
c)Princípio da propagação retilínea dos da luz.
d) Princípio da reflexão dos raios de luz.

O princípio que explica a situação descrita é o princípio da propagação retilínea dos raios de luz.

Alternativa correta: C.

2. [Uece]

A energia solar fotovoltaica é uma das fontes de energia em franca ascenção no Brasil. Dentre os diversos componentes de um sistema solar fotovoltaico, destaca-se o painel solar. De modo simplificado, esse componente é constituído por uma camada de vidro para proteção mecânica, seguida de uma camada formada por células solares e uma última camada, na parte inferior, também para proteção e isolamento.
Sento o vidro um material semitransparente, um raio solar que chega ao painel é

a) parcialmente refletido e totalmente refratado pelo vidro.
b) parcialmente refletido e parcialmente refratado pelo vidro.
c) totalmente refratado pelo vidro.
d) totalmente refletido pelo vidro.

Os raios que incidem em um material semitransparente são parcialmente refletidos e parcialmente refratados.

Alternativa correta: B.

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