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Óptica: Espelhos planos

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BELEZA IRRADIADA A cor acobreada do Sol ao entardecer é criada pela dispersão dos raios luminosos pela atmosfera

 

A geometria da luz

A óptica é o ramo da física que estuda a luz e os fenômenos luminosos. Na óptica geométrica, os físicos estudam o comportamento dos raios luminosos, sem se preocupar com a natureza da luz. E a ferramenta utilizada para analisar esse comportamento é a geometria. Os raios são representados por linhas orientadas (setas), que indicam a direção e o sentido da propagação da luz. Há muito tempo os físicos discutem a natureza da luz. Hoje sabemos que a luz tem um comportamento estranhíssimo: ora se propaga como onda, ora como um pacote de energia. A velocidade da luz no vácuo, de 300 000 km/s, é a máxima possível no universo.

Natureza da luz: Há muito tempo os físicos discutem a natureza da luz. Hoje sabemos que a luz tem um comportamento estranhíssimo: ora se propaga como onda, ora como um pacote de energia. A velocidade da luz no vácuo, de 300 000 km/s, é a máxima possível no universo.

 

CONCEITOS BÁSICOS

São corpos luminosos aqueles que produzem e emitem raios de luz, como o Sol, as estrelas e as lâmpadas. Esses corpos são fontes primárias de luz. Já os corpos que apenas reenviam a luz recebida de outras fontes são chamados corpos iluminados. É o caso dos planetas, da Lua ou de uma folha de papel. Os corpos iluminados são fontes secundárias de luz.

Tanto corpos luminosos como corpos iluminados emitem e reemitem a luz por um conjunto de raios chamado feixe luminoso. Podemos classificar os feixes luminosos em convergentes, divergentes e paralelos.

 

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Um raio de luz viaja sempre em linha reta. Mas um feixe pode ter diferentes comportamentos

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PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS

Toda a óptica geométrica se baseia em três princípios fundamentais: o princípio da propagação retilínea, o da reversibilidade dos raios e o da independência dos raios.

• Propagação retilínea: Em um meio homogêneo e transparente, a luz se propaga em linha reta.

• Princípio da reversibilidade dos raios: A trajetória descrita por um raio de luz independe do sentido do percurso. Quando o sentido de propagação de um raio é invertido, a trajetória descrita por ele não se altera.

• Princípio da independência dos raios: Quando dois raios de luz se cruzam, cada um mantém sua trajetória original, como se o outro não existisse. Os raios luminosos se propagam independentemente uns dos outros.

 

REFLEXÃO DA LUZ

É o fenômeno que ocorre quando um raio de luz incide sobre uma superfície que separa dois meios diferentes e retorna para o meio em que se encontrava inicialmente. Dependendo do tipo de superfície atingida pelos raios de luz, pode ocorrer a reflexão difusa ou a reflexão regular (ou especular).

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REFLEXÃO DIFUSA Ocorre quando um feixe paralelo de luz atinge uma superfície que espalha os raios em várias direções. Os raios do feixe refletido não são mais paralelos.

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REFLEXÃO REGULAR Acontece quando um feixe paralelo de luz atinge uma superfície plana e polida, que reenvia os raios mantendo o paralelismo. É a reflexão dos espelhos.

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CLARO E ESCURO As sombras se criam porque a luz viaja em linha reta

 

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O grande físico alemão comprovou que a luz é constituída de pequenos pacotes de energia, os fótons. Quando um fóton bate numa superfície metálica, sua energia é absorvida por um elétron do metal, que escapa da superfície. Vários elétrons escapando criam uma corrente elétrica. É o efeito fotoelétrico, que transforma a luz do Sol em eletricidade, nos painéis solares.

A reflexão regular é regida por duas leis:

O raio incidente, a reta normal (N) à superfície refletora e o raio refletido estão num mesmo plano (são coplanares);

O ângulo de incidência (i) é igual ao ângulo de reflexão (r). Note que o ângulo de incidência(i) e o ângulo de reflexão (r) são medidos sempre em relação à reta normal N.

Reta normal:  É uma reta imaginária perpendicular à superfície refletora. Essa reta faz ângulos de mesma medida com o feixe de luz
emitido e o refletido.

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ESPELHO PLANO

Um espelho plano é uma superfície polida e plana que produz reflexão regular.

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Se traçarmos o prolongamento dos raios refletidos, veremos que eles se encontram em um ponto P’ , localizado “atrás” do espelho.

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Veja como a distância entre o objeto real P e o espelho é sempre igual à distância entre P’ e o espelho:

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Quando o objeto refletido é extenso, formado por um conjunto de pontos, determinamos sua imagem pela localização da imagem de cada um dos pontos. Veja:

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Num espelho plano, a imagem tem o mesmo tamanho e é simétrica em relação ao espelho. Mas não se pode dizer que a imagem seja invertida. O termo correto para a alteração registrada na imagem, num espelho plano (em que o lado direito parece o esquerdo e as letras aparecem revertidas) é enantiomorfa. O termo, que é grego, significa “forma contrária”.

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Um observador está próximo a um espelho plano e a três objetos posicionados nos pontos P1 , P2 e P3, conforme o esquema abaixo.
Nessa posição o observador consegue ver a imagem dos três objetos no espelho?

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Para que o observador possa ver a imagem de um objeto, os raios de luz que partem desse objeto devem atingir os olhos dele. Para saber
se um objeto é visível, traçamos o percurso dos dois raios de luz extremos que podem bater no espelho e se refletir para o observador:

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