A luz é uma radiação eletromagnética visível o olho humano. A luz tem um comportamento dual. Ela pode ser um conjunto de partículas, denominada fótons, ou uma onda eletromagnética. Sua onda está situada entre a radiação infravermelha e a radiação ultravioleta.
Uma noite de verão com a presença da Lua cheia é muito romântica e maravilhosa. Todos os dias de manhã vemos nosso rosto usando um espelho. O arco-íris no ar, em um dia ensolarado e úmido, nos impressiona pela forma e diversidade de cores. Um jogo de espelhos planos pode aumentar a quantidade de imagens de um objeto, fazendo com que possamos usá-lo em uma aplicação cinematográfica para termos um efeito de quantidade.
Todos esses fenômenos envolvem a luz e seus conceitos correlatos: espelhos, lentes, primas e dispersão da luz.
Óptica
Por que vemos um objeto?
Na época de Platão, na Grécia, acreditava-se que os olhos emitiam partículas que tornavam os objetos visíveis. Hoje, sabemos que vemos um objeto porque ele envia luz através da reflexão para nossos olhos.
De acordo com a maneira pela qual essa luz é enviada, podemos classificar os corpos que nos cercam em luminosos e iluminados.
Corpos luminosos
São aqueles que emitem luz gerada por eles próprios. Exemplos: o Sol, as estrelas, a chama de uma vela, as labaredas de uma fogueira, uma lâmpada acesa.
Corpos iluminados
Constituem a maioria dos corpos que nós vemos. Eles não emitem luz, apenas refletem os raios de luz originados dos corpos luminosos. Exemplo: a Lua, os planetas, que refletem a luz proveniente do Sol; uma mesa, uma pessoa, uma planta, o seu livro, todos eles apenas recebem a luz de uma outra fonte e a refletem, sensibilizando nossos olhos.
A luz não interage com todos os materiais do mesmo jeito. Os corpos nos quais ocorrem a passagem regular de luz são chamados de transparentes (ex.: vidro comum, ar etc).
Os corpos que permitem a passagem de luz, mas de maneira irregular, são chamados de translúcidos (ex.: vidro fosco, papel de seda etc.).
E há aqueles que não são atravessados pela luz e que recebem a denominação de corpos opacos (ex.: uma parede de tijolos, madeira etc).
A foto a seguir nos mostra exemplos de corpos quanto a sua capacidade de serem atravessados pela luz ou não.
A parede e a madeira da porta são exemplos de corpos opacos. Os vidros são exemplos de corpos transparentes.
Observe que é possível ver o jardim existente do lado de fora. Isso só é possível porque a luz atravessou os vidros e foi refletida pelos corpos lá fora, retornando a nossos olhos (lembre que só vemos um objeto quando ele reflete ou emite luz para nossos olhos).
Agora, vamos entender um pouco mais os fenômenos relacionados à luz, pois, gerada ou refletida pelos corpos, ela obedece a alguns princípios.
Nos meios homogêneos e transparentes, a luz se propaga em linha reta.
Podemos representar por semirretas a trajetória de propagação da luz. Essas semirretas são denominadas raios luminosos ou raios de luz.
Um raio de luz, ao cruzar com outro, não interfere na sua propagação.
Você pode observar esse fenômeno em um palco iluminado por dois ou mais holofotes. A trajetória de um raio de luz não é modificada pela presença dos outros, cada um segue seu caminho independente dos outros.
Já dissemos que, para vermos um objeto, é preciso que ele reflita luz. Agora, observe o que acontece a um feixe de luz (conjunto de raios luminosos) que se propaga e incide sobre uma superfície áspera como a folha de seu livro, por exemplo: a luz é refletida de forma desordenada, isto é, os raios espalham-se em todas as direções.
Quando isso acontece, dizemos que está havendo reflexão difusa e é por causa dela que, ao olhar o seu livro, você vê apenas o livro e não o que está ao redor dele, como aconteceria no caso de um espelho.
E se o feixe de luz estivesse incidindo sobre uma placa de vidro bem liso? Parte do feixe atravessaria o vidro e parte seria refletida, retornando para o ar e mostrando objetos que estão próximos do vidro.
Esse tipo de reflexão é denominada regular e é por causa dela que, ao olharmos um espelho, vemos os outros objetos que o circundam.
Na reflexão regular, se esquematizássemos apenas um dos raios incidentes, veríamos que:
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Superfície lisa
Se tudo reflete a luz, o que são espelhos, então?
Em nosso discurso diário, costumamos dizer que a luz é refletida pelos espelhos e acabamos de ver que ela pode ser refletida por qualquer corpo, porém somente nos espelhos ou superfícies semelhantes a eles, como metais polidos ou água tranquila, verificaremos a reflexão regular e nos corpos ásperos reflexão difusa.
Espelhos
Vamos abordar aqui os espelhos usados como instrumentos e produzidos pelo homem: podemos dizer que eles são superfícies polidas que provocam a reflexão regular da luz. Os espelhos, em geral, são planos ou esféricos.
Espelhos planos são formados por superfícies planas e produzem imagens direitas de mesmo tamanho do objeto posicionadas simetricamente ao objeto em relação ao plano do espelho, isto é, na mesma distância.
Além disso podemos observar que os espelhos provocam uma reversão das imagens, ou seja, ele troca a direita pela esquerda e vice-versa.
Imagens em espelhos que formam ângulos entre si
Imagine uma situação como a que segue, em que dois espelhos são colocados lateralmente, formando um ângulo entre eles. Quantas imagens se formariam?
A resposta é: depende do ângulo que os une: quanto mais fechado, maior o número de imagens.
Veja os exemplos abaixo:
Para calcular o número de imagens que se formarão, podemos usar uma relação simples:
Por exemplo:
Quantas imagens podem ser vistas se colocarmos uma xícara na frente de dois espelhos planos que formam um ângulo de 90° entre si?
Espelhos esféricos
São aqueles cuja origem é uma calota esférica.
O que é uma calota esférica?
Podemos produzir uma calota cortando uma esfera oca. O pedaço cortado será uma calota esférica. Veja:
Observe que podemos identificar duas superfícies na calota: a externa e a interna. Se espelharmos a parte de dentro da calota, teremos um espelho côncavo; se espelharmos a parte de fora da calota, teremos um espelho convexo.
Os espelhos côncavos podem formar imagens ampliadas dos objetos. Esse tipo de espelho é comum em estojos de maquiagem, pois podem aumentar o rosto e permitir retoques mais detalhados.
Os espelhos convexos formam imagens reduzidas. Muitos espelhos retrovisores externos de carros e motos são convexos, permitindo que o motorista veja uma região maior da rua.
Lentes, prismas
Você pode facilmente reproduzir a experiência da imagem que mostramos.
Nós já falamos sobre esse fenômeno quando estudamos as ondas em geral. Você lembra o nome dele?
É refração!
Exatamente, nesse caso, o raio luminoso percorria o ar com uma certa velocidade. De repente, ele atravessou a água e teve sua velocidade alterada, mudando a direção de propagação do feixe luminoso, por isso a imagem parece “quebrada” justamente na faixa de separação entre os dois meios.
A refração da luz será maior quanto maior for a variação na sua velocidade ao passar de um meio para outro.
Lentes
Você certamente já viu e provavelmente já utilizou alguma lente em seu cotidiano. Elas estão presentes nos óculos e em grande número de equipamentos, como microscópios, telescópios, binóculos e máquinas fotográficas.
As lentes fazem uso do fenômeno da refração da luz. São formadas por materiais transparentes, com duas superfícies, sendo uma delas pelo menos curva. Veja:
Lentes convergentes
São as lentes que apresentam a parte central mais espessa que as bordas. São convergentes as lentes biconvexas, plano-convexas e côncavo-convexas. Pela forma que apresentam, elas fazem com que os raios luminosos paralelos que as atravessam se concentrem em um ponto, denominado foco da lente.
Em uma lente biconvexa, como aquelas que compõem uma lupa, o fenômeno da convergência pode ser bem evidente. O feixe luminoso atravessa o ar e, quando passa pela lente, sofre refração. Em consequência, os raios do feixe convergem todos para um mesmo ponto. Veja na figura acima.
Lentes divergentes
São aquelas que apresentam a parte central menos espessa que as bordas. São divergentes as lentes bicôncavas, plano–côncavas e convexo-côncavas. Pela forma que apresentam, elas fazem com que os raios de luz de um feixe luminoso se afastem após atravessar a lente.
Dispersão da luz
Pelo senso comum, ao observarmos um raio de luz, diríamos que a luz é branca e foi nisso que acreditaram gerações de físicos e estudiosos. Até que no século XVII, Isaac Newton realizou uma série de experimentos com os quais demonstrou que a luz branca é, na verdade, composta de diversos feixes coloridos.
O experimento clássico que demonstra essa questão é realizado quando um feixe de luz branca atravessa um prisma de vidro. Um prisma é um meio transparente limitado por duas faces planas, não parelelas. Ao atravessá-lo, a luz sofre refração na entrada (quando passa do ar para o vidro) e na saída (quando passa do vidro para o ar). O resultado dessa dupla refração é a dispersão da luz, que se separa nas cores do espectro: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta, as cores do arco-íris.
O arco-íris surge por um fenômeno semelhante a esse que vemos nos prismas.
Você já viu um arco-íris? Em que momentos eles “aparecem”?
Os arco-íris se formam quando há gotas de água em suspensão no ar, como é o caso do ar próximo às cachoeiras ou quando choveu recentemente.
A luz é refratada ao entrar nas gotas de água e sofre nova refração ao sair delas, como resultado se dispersa, formando o arco-íris.
Agora que terminou a leitura você seria capaz de responder essas perguntas:
- O que é fótons de luz?
- Como a luz é formada?
- Como a luz se comporta?
Referências
