Óptica geométrica

A óptica geométrica é o ramo da física que se baseia no conceito de raios de luz para descrever os fenômenos como a reflexão, refração e formação de imagens.

Óptica geométrica é o ramo da Física no qual se estuda a luz e os fenômenos associados a ela. Tal estudo é feito ao assumir que a luz se propaga por meio de raios luminosos. Nesse post você verá a definição, os princípios, um mapa mental e muito mais sobre esse tema.

Índice do conteúdo:

O que é a óptica geométrica

A óptica geométrica é um dos ramos da Física. Em específico, ela é um sub-ramo da óptica. Dessa maneira, por definição, a óptica geométrica considera que a luz se propaga por meio de raios de luz. Esse modelo confere um comportamento geométrico à luz.

Além disso, a luz possui um comportamento dual. Ou seja, ela pode ser onda e partícula, dependendo do meio de detecção. Por isso, também há a óptica física. A qual considera a natureza ondulatória da luz e suas origens.

Portanto, de maneira geral, é possível definir a óptica geométrica como: o ramo da óptica que se baseia na noção de raio de luz para descrever os fenômenos como reflexão, refração e formação de imagens a partir dos conceitos de geometria. Além disso, esse ramo da Física não se preocupa com a natureza da luz.

Princípios da óptica geométrica

Há três princípios fundamentais da óptica geométrica. Eles dizem respeito ao comportamento dos raios luminosos em um determinado meio e ao incidirem em um determinado objeto. Dessa forma, confira a definição de cada um deles:

Propagação retilínea

Em um meio de propagação que seja homogêneo, transparente e isotrópico, a luz se propaga em linha reta. Isto é, os raios de luz viajarão em linha reta desde que o meio de propagação tenha o mesmo índice de refração em toda a sua extensão e que permita a passagem de luz. Esse princípio pode ser observado quando um objeto quadrado projeta sobre uma superfície plana uma sombra também quadrada.

Independência dos raios luminosos

Quando dois raios luminosos se cruzam, não há interferência na trajetória de ambos. Ou seja, cada um se comporta como se o outro não existisse. Por exemplo, esse princípio pode ser observado em shows quando os holofotes cruzam as luzes para iluminar uma área específica e os feixes de luz continuam com a mesma intensidade.

Reversibilidade dos raios luminosos

Esse princípio considera que a luz se propaga em um meio transparente, homogêneo e isotrópico. Dessa forma, ao se inverter o sentido de um raio luminoso, não se altera sua trajetória. Isso pode ser ilustrado quando duas pessoas observam os reflexos mútuos em um espelho.

A partir desses três princípios, é possível construir e estudar as características de uma imagem. Por exemplo, no caso dos espelhos esféricos.

Vídeos sobre óptica geométrica

O campo da óptica e seus estudos podem ser muito abstratos para algumas pessoas. Por isso, que tal assistir aos vídeos selecionados para visualizar melhor o que foi aprendido? Você verá vídeo aulas e experimentos ilustrativos para aprofundar seus conhecimentos!

Experimento sobre a propagação da luz

Os professores Cláudio Furukawa e Gil Marques realizam um experimento que ilustra um raio luminoso e um dos princípios fundamentais da óptica geométrica. Esse princípio é o da propagação retilínea dos raios de luz. O experimento é simples e pode ser feito em feiras de ciência a fim de ilustrar esse conceito físico.

Conceitos fundamentais da óptica geométrica

O professor Marcelo Boaro explica os conceitos fundamentais do estudo dos raios luminosos. Para isso, o docente parte de várias definições básicas. Por exemplo, o que é luz e o que é o espectro eletromagnético. Além disso, ao fim da aula, o professor Boaro resolve um exercício de aplicação sobre esse tema.

Princípios fundamentais da óptica

A óptica geométrica se baseia em três princípios fundamentais. São eles: o princípio da independência dos raios luminosos, o princípio da reversibilidade dos raios e a propagação retilínea dos raios de luz. O professor Marcelo Boaro explica cada um deles com exemplos do cotidiano. Além disso, ao fim da aula, o docente resolve um exercício de aplicação.

Experimento da luz que entorta

O princípio da propagação retilínea da luz afirma que ela viajará em linha reta caso o meio seja homogêneo, transparente e isotrópico. Iberê Thenório, do canal Manual do Mundo, ilustra o que acontece quando o meio de propagação não é isotrópico e nem homogêneo. Esse experimento pode ser feito em feiras de Ciência porque os materiais são de fácil acesso.

A óptica é uma área da Física que possui diversas implicações em nosso cotidiano. Elas vão desde o nosso principal sentido, a visão, até comodidades da vida moderna, por exemplo, a televisão. Além disso, esse ramo da Física pode ser usado na Arte. Como é o caso do caleidoscópio.

Referências

Física IV: Óptica e física moderna (2016) – Hugh D. Young et al.
Física: Volume 4 (2008) – David Halliday et al.
Curso de Física Básica: Volume 4 (2014) – Herch Moysés Nussenzveig.

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 geométrica. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/optica-geometrica. Acesso em: 18 de January de 2022.

Exercícios resolvidos

1. [UFAL]

A figura representa um feixe de raios paralelos incidentes em uma superfície S e os correspondentes raios emergentes:

Essa figura ilustra o fenômeno óptico da:

a) dispersão.

b) reflexão difusa.

c) refração.

d) difração.

e) reflexão regular.

Alternativa correta: B

A reflexão é o fenômeno em que os raios de luz atingem determinada superfície e têm a sua direção de propagação alterada. Quando os raios refletidos (emergentes) mantêm-se paralelos, a reflexão é chamada de regular; porém, caso a superfície seja rugosa, os raios refletidos não serão paralelos, e a reflexão será denominada de difusa.

2. [FMABC]

As imagens abaixo correspondem a um acessório de segurança para quem tem que transportar um bebê na cadeirinha no banco de trás – o espelho retrovisor para bebê. Para que os pais possam ver o filho sentado na cadeirinha, fixada no banco traseiro e de costas para os ocupantes dos bancos da frente do carro, o espelho deve ser fixado no encosto de cabeça do banco traseiro, defronte ao bebê. Assim, os pais, ao olharem para o espelho retrovisor interno do automóvel, poderão ver a imagem refletida do bebê. O princípio da óptica geométrica que permite que isso seja possível é

a) refração luminosa.

b) dispersão luminosa.

c) independência dos raios luminosos.

d) reversibilidade dos raios luminosos.

Alternativa correta: D

O princípio óptico envolvido na formação de imagens em espelhos é a reflexão da luz. O caminho da luz feito do bebê até o olho do motorista pode ser executado em qualquer sentido (motorista-bebê ou bebê – motorista), este fenômeno é denominado de reversibilidade da luz.

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