A luz (parte 4)

O espectro da luz branca

A maioria das fontes luminosas emite um feixe de luz branca (policromática), que é constituído por mais do que uma radiação monocromática. Este, ao passar para o interior de um meio transparente, como, por exemplo, um prisma, um diamante ou uma gota de água, refracta-se. Cada uma das radiações contidas na luz branca separam-se umas das outras em ângulos diferentes. Forma-se então uma palete infinita de cores que para se generalizar dizem-se que são sete cores: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta

 

O arco-íris

Quando a luz do sol incide numa gota de água ocorre o mesmo fenómeno que acontece com o prisma acima representado. A luz refracta-se (porque houve uma mudança do meio óptico) e muda de direção no seu interior. A luz branca é constituída por várias radiações que dentro da gota de água cada uma delas vai viajar a uma certa velocidade diferente, isto é a dispersão da luz branca.

 
Porque é que os objectos têm cor?

A cor não é uma propriedade dos objectos, os objectos têm cor de acordo com a luz que os ilumina. Um corpo pode absorver, reflectir ou transmitir determinadas radiações daquela que recebe.

As cores primárias da luz estão representadas acima. Elas são apenas três: vermelho, azul e verde. A sobreposição destas três cores origina o branco. A junção das cores primárias umas com as outras dão origem às cores secundárias.

vermelho + azul = magenta

vermelho + verde = amarelo

verde + azul = ciano

Uma cor secundária e a cor primária que não lhe deu origem são cores complementares (ex.: amarelo e azul/ciano e vermelho). Resumindo: Duas cores complementares quando juntas formam o branco.

Cor dos objetos opacos

Os materiais opacos são os que não deixam a luz passar por eles, absorvendo ou refletindo a luz que lhes incide total ou parcialmente.

Esta camisola quando iluminada com luz branca absorve todas as suas radiações.

Esta camisola quando iluminada com luz branca reflete todas as suas radiações.

Outros objectos que apresentam outras cores que não o preto e o branco absorvem selectivamente algumas radiações e outras são reflectidas.

• um cravo vermelho quando iluminado com luz branca absorve preferencialmente luz ciano
• uma rosa que absorve preferencialmente luz azul é uma rosa amarela

Porém o que acontece quando um objecto é iluminado por uma luz que não é branca?

• uma flor "vermelha" quando iluminada por luz verde apresenta a cor preta e as suas folhas continuam verdes
• uma flor "vermelha" quando iluminada por luz vermelha apresenta a cor vermelha e as suas folhas ficam pretas
• uma flor "vermelha" quando iluminada por luz azul apresenta a cor preta tanto nas suas pétalas como nas suas folhas
• uma flor "vermelha" quando ilumina por luz vermelha e verde apresenta cor vermelha nas pétalas e verde nas folhas.

A luz (parte 3)

Refracção da luz

A refracção da luz acontece quando a luz passa de um meio óptico para outro meio óptico, onde a velocidade da propagação da luz é diferente. Em geral, quando a luz é refractada muda de direcção.

Verifica-se que:

• O raio refractado aproxima-se da normal quando a velocidade no segundo meio é inferior à velocidade no primeiro meio; caso contrário afasta-se da normal.
• Quando o ângulo de incidência do raio luminoso é igual a 0º (ou seja, quando o raio incide na perpendicular à superfície de separação dos meios) não ocorre a mudança de direção.

Velocidade da luz (m/s)       Meio

       3,0 x 10^8                        Ar       

        2,2 x 10^8                    Água

       2,0 x 10^8                   Vidro

Reflexão Total da Luz A refração total da luz ocorre quando a luz passa do meio óptico A para o meio óptico B onde a velocidade de propagação da luz é maior. Assim o raio vai-se afastar da normal.

Lentes

As lentes são geralmente corpos de vidro ou plástico tratado limitados por uma ou duas superfícies curvas. Há dois tipos de lentes: as lentes convergentes (possuem bordos menos grossos e têm maior espessura no centro, fazendo convergir os raios de luz paralelamente ao eixo principal para um único ponto - o foco principal) e as lentes divergentes (possuem bordos mais grossos e têm menor espessura no centro fazendo divergir os raios da luz paralelos ao eixo principal, de modo que o prolongamento dos raios refractados para trás da lente da lente se encontram num ponto - virtual). 

Características das imagens obtidas por refração para cada tipo de lente em função à posição onde estão:

Convergentes:

• Objecto para lá da dupla distância focal.
• Real;
• Invertida;
• Menor do que o objecto;
• Aplicação: Máquinas fotográficas, Olho Humano.

• Objecto entre o foco e a dupla distância focal.
• Real;
• Invertida;
• Maior que o objecto;
• Aplicação: Projector de slides.

• Objecto entre a lente e o foco.
• Virtual;
• Direita;
• Maior que o objecto;
• Aplicação: Lupas.

Divergentes:

• Objecto em qualquer posição.
• Virtual;
• Direita;
• Menor do que o objecto;
• Aplicação: Óculo das portas exteriores das casas.

O olho Humano

Constituição do olho: O olho em si é composto pelo globo ocular, as pestanas e as sobrancelhas. O globo ocular é então constituído por: humor aquoso, humor vítreo, esclerótica, córnea, íris, pupila, cristalina, retina e nervo óptico. Aqui eu vou apenas explicar e estudar três desses elementos, sendo eles o cristalino, a pupila e a retina.

Cristalino - O cristalino situa-se entre a íris e o humor vítreo. Serve para focar os objectos. Com o envelhecimento do ser humano o cristalino vai perdendo as suas magníficas características formando por vezes cataratas que só conseguem ser tratadas através de uma cirurgia que consiste na substituição do cristalino por outra lente artificial com a mesma função e características.

Pupila - A pupila ao contrário do pensado popularmente, não é preta. É sim uma abertura circular por onde entra a luz, a parte preta que vemos é a retina que está no fundo do olho. Este buraco é ajustado consoante a luminosidade do local onde o indivíduo se encontra. Se estiver muito escuro este buraco vai-se dilatar aumentando de tamanho com o objectivo de capturar mais luz. Quando a luminosidade é muito elevada este buraco fecha-se (não totalmente como é óbvio) mas apenas o bastante para capturar menos luz.

Retina - Esta parte do olho é uma membrana que se localiza na parte interna do globo ocular. É na retina que se situam as células sensíveis à luz, que actuam como película onde se formam as imagens. Esta membrana encontra-se conectada ao nervo óptico que por sua vez comunica com o cérebro.

Defeitos da visão:

Miopia: Na miopia, a imagem dos objectos distantes é focada à frente da retina e não em cima dela. A miopia é devida a uma deficiência no globo ocular que é demasiado comprido ou de um cristalino demasiado convergente.

Hipermetropia: Na hipermetropia, a focagem da imagem dos objectos é feita atrás da retina, devido a uma deficiência do globo ocular que é demasiado achatado ou um cristalino pouco convergente. (Na imagem a baixo, a primeira figura representa um olho de um hipermetrope com a lente e na segunda o olho de um hipermetrope sem a lente).

Astigmatismo: Normalmente, o astigmatismo está relacionado com a curvatura irregular da córnea. A forma da córnea é mais ovalada do que esférica. Este pequeno desajuste faz com que a luz se refracte em vários pontos da retina em vez de se focar apenas num, originando uma desfocagem deficiente.

Persbiopia: A perbiopia é tambem chamada de vista cansada, surge quando o cristalino perde a capacidade de focar a imagem devido à rigidez dos músculos do olho. Manifesta-se na dificuldade em realizar tarefas que exijam uma visão muito próxima como por exemplo enfiar uma linha no buraco de uma agulha.

Correcção dos problemas da visão

A miopia é corrigida com lentes divergentes. Os raios de luz divergem depois de passar a lente e assim a convergência excessiva feita pelo olho é balançada e agora a projecção da imagem vai ser feita mesmo sobre a retina.

A hipermetropia é corrigida com lentes convergentes. A convergência insuficiente feita pelo olho é agora balançada com a nova lente. Os raios de luz agora vão incidir mesmo por cima da retina.

A Luz (parte 2 - espelhos)

Formação de Imagens em Espelhos...

Planos: Os espelhos são superfícies regulares que reflectem regularmente a luz por isso permitem obtermos imagens nítidas dos objectos. Existem espelhos com superfícies planas e curvas (esféricas, cilíndricas e parabólicas).

As imagens obtidas em espelhos têm as seguintes características: 

• São direitas e têm o mesmo tamanho do objecto reflectido;
• Estão à mesma distância do espelho que o objecto;
• São virtuais pois não se consegue projectar num alvo;
• São lateralmente invertidas (a parte direita do objecto é a parte esquerda da reflexão).

Esféricos: Os espelhos esféricos podem ser ou côncavos ou convexos. Nos espelhos côncavos a superfície polida é a parte interior enquanto que nos espelhos convexos a parte polida é a parte exterior.

Características dos espelhos esféricos

Côncavos: Os espelhos côncavos têm várias aplicações e de acordo com cada aplicação cada espelho tem as suas características:

• Objecto para lá do centro de curvatura do espelho.
• Real;
• Invertida;
• Menor do que o objecto;
• Usado em instrumentos ópticos.

• Objecto entre o centro de curvatura e o foco.
• Real;
• Invertida;
• Maior do que o objecto;
• Telescópios.

• Objecto entre o foco e o vértice do espelho.
• Virtual;
• Direita;
• Maior do que o objecto;
• Espelhos de toilette.

Convexos: Os espelhos convexos têm as seguintes aplicações e características:

• Objecto em qualquer posição.
• Virtual;
• Direita;
• Menor que o objeto;
• Espelhos de segurança dos supermercados ou nas estradas.

A Luz (parte 1)

A luz propaga-se em linha recta e radialmente em todas as direcções sempre que o meio seja o mesmo. Cada uma das direcçõed rectilínias segundo a qual se propaga a luz chama-se raio luminoso. As fontes luminosas emitem feixes de raios luminosos.
Podemos classificar os feixes de luz quanto a sua propagação no meio:

• Materiais transparentes - São materiais que se deixam atravessar pela luz, permitindo uma visão nítida através deles. São exemplos de materiais transparentes, o vidro, o acrílico ou o papel celofane.

• Materiais translúcidos - São aqueles que só permitem a passagem parcial da luz, sendo impossível ver com nitidez através deles. O vidro fosco, o papel vegetal ou a gelatina são exemplos de materiais translúcidos.

• Materiais opacos - São aqueles que não se deixam atravessar pela luz, ou seja, através deles não é possível ver os objectos. Os metais, a madeira ou o granito são exemplos deste tipo de materiais.
  
  
  A Luz não se desvia dos obstáculos!
  
  
  De acordo com o material onde é incidida a luz pode haver a criação de sombra e de penumbra.
  
  
  Quando o material que passa é transparente ou translúcido não há a criação de sombra ou de penumbra.
  
  
  Quando a luz incide num objecto opaco esta não passa, criando uma sombra e/ou penumbra. Como a luz tem uma propagação rectilínia atrás desse objecto vai haver a formação de uma sombra: Esta é totalmente escura pois não recebe luz absolutamente nenhuma e pode haver também a formação da penumbra: Esta apresenta uma cor cinzenta mais clara pois recebe parte da luz.
  
  
  
  
  
  Triângulo de Visão
  
  
  Um corpo não luminoso pode ser visto pelo observador se houver um corpo luminoso e esse corpo estiver a incidir a sua luz sobre o objecto a ser estudado. Isto é o triângulo de visão.
  
  
  
  
  
  
  

  Reflexão da Luz

  
  

  A reflexão da luz é a mudança de direcção ou de sentido dos raios luminosos quando incidem certas superfícies, continuando a luz a propagar-se no mesmo meio óptico. Nas superfícies muito bem polidas (água parada, mármore nas bancadas das cozinhas...) ocorre a reflexão regular da luz (ou simplesmente reflexão). Nas superfícies mais rugosas (paredes ou água depois de lá cair uma pedra) ocorre uma reflexão difusa da luz (ou simplesmente difusão da luz).

  
  

  

  
  

  
  

  Leis da reflexão da Luz

  
  

  1. O raio incidente, o raio reflectido e a normal estão no mesmo plano;

  2. Os ângulos de incidência e de reflexão são iguais (mesma amplitude).

  
  

  

  i = incidente ||| r = reflectido ||| N = normal