REFLEXÃO DA LUZ

1. ÓTICA 1 REFLEXÃO DA LUZ Prof. Cesário

2. 1 - INTRODUÇÃO A luz tem uma velocidade (no vácuo) de 3,0 x 108 m/s e leva cerca 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. Para 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.

3. 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 da consideração da luz como um conjunto de partículas. A teoria corpuscular foi amplamente desenvolvida por seguidores de Newton no século XVIII.

4. TEORIA ONDULATÓRIA Os fenômenos que mais caracterizavam a luz como onda eram o aumento da velocidade na refração, a difração e a interferência. 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. Maxwell, no século XIX, afirmou: a luz é uma "modalidade de energia radiante" que se "propaga" através de ondas eletromagnéticas.

5. FÓTONS E LUZ A 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 denominou fótons, 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 caráter corpuscular, é hoje aceita a idéia dual (dupla) para a luz. Isto é, em certos momentos a luz procede como uma onda e em outros como uma partícula.

6. 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 ela seria vista, supondo que as cores fossem monocromáticas?

7. 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. Na retina existem células Fotossensíveis (sensíveis à luz). São: os cones que permitem distinguir as cores e os bastonetes que avaliam a intensidade luminosa. 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.

8. Vendo uma imagem Vendo um objeto Desde bebê, o cérebro é treinado a localizar, o que é visto, na posição em que os raios, que chegam aos dois olhos, se encontram. Isto é feito à medida que o bebê vai tentando alcançar com as mãos o objeto visto. No espelho - a luz vem do objeto, atinge o espelho, reflete e chega aos 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. 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.

9. Teste: • Qual cilindro parece estar mais longe • Para o observador da figura? • (2) Para você? • Olhe primeiro as imagens e depois • a régua. 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.

10. 4 – REFLEXÃO DA LUZ A reflexão da luz consiste no retorno da luz quando a mesma atinge a superfície de separação de dois meios. A reflexão pode ser: 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. difusa. Quando um feixe paralelo reflete em direções não paralelas. Ocorre em superfícies ásperas e não há formação de imagens da fonte de luz.

11. Raio incidente Raio refletido normal r i Ângulo de incidência Ângulo de reflexão Superfície refletora 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. 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.

12. 5 – IMAGENS EM ESPELHOS PLANOSc D O A i2 i B Tracemos BD - prolongamento do raio refletido. Tem-se então: i2 = r (correspondentes) E 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. N r Considere 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 com a normal é “i”. A reflexão se dá segundo o ângulo r, tal que i = r. Seja OA uma perpendicular ao espelho. i1 i1 = i pois AO é paralela à normal (alternos internos) De acordo com a segunda lei da reflexão: i = r. Deste modo i2 = i1. Portanto, o triângulo ODB é isósceles e AB a sua altura. Disto pode-se concluir que AO = AD. Em resumo: a imagem de um objeto formada em um espelho plano encontra-se sobre a perpendicular traçada do objeto ao espelho, sendo a distância da imagem ao espelho igual à distância do objeto ao espelho.

13. 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.

14. 360º  N = - 1 6 - ESPELHOS PLANO COM ÂNGULOS As fotos mostram como são formadas as imagens quando dois espelhos formam um 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: 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 será igual ao menor inteiro maior que 360/.

15. 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 barbeiro a 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 nome em 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

16. 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 imagem Este braço está mais próximo. Além disso a moça está virada para a esquerda de quem olha a foto e a imagem para a direita de quem olha a foto.