Reflexão da Luz

Reflexão da Luz. Lei da Reflexão. A cor de um corpo por reflexão

Reflexão da Luz

É o fenômeno que ocorre quando a luz, ao incidir numa superfície, retorna ao meio onde estava se propagando.

Lei da Reflexão

• 1º Lei:

Raio Incidente, Raio Refletido e a Normal são Coplanares.

• 2º Lei:

O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência: r = i

Reflexão regular e reflexão difusa

Quando a luz incide, por exemplo, numa superfície metálica plana polida ou na água tranquila de um lago, a um feixe de luz incidente de raios paralelos corresponde um feixe refletido também de raios paralelos: É a reflexão regular, responsável pela formação de imagens.

Se a superfície apresentar rugosidades, o feixe refletido perde o paralelismo e se espalha em todas as direções. É a reflexão difusa, responsável pela visualização dos objetos que nos cercam.

A cor de um corpo por reflexão

Vimos que a luz branca emitida pelo Sol é policromática, isto é, constituída pela superposição de infinitas luzes de cores diferentes, sendo as principais: vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta.

A cor de um corpo é definida pelo tipo de luz que ele reflete difusamente. Assim, por exemplo, considere um corpo que, iluminado com luz solar, reflete difusamente a luz amarela e absorve as demais. O corpo, neste caso, apresenta-se amarelo. Se o corpo, iluminado com luz solar, refletir difusamente todas as cores, ele se apresenta branco. No caso de absorver todas as cores e não refletir nenhuma, o corpo é negro.

Exercícios básicos

Exercício 1:

Um raio de luz R incide numa placa metálica, formando com a superfície da placa um ângulo de 60º e sofre reflexão. Qual é o ângulo de reflexão?

Exercício 2:

O ângulo entre os raios incidente e refletido num espelho plano é de 70º. Qual é o ângulo de incidência?

Exercício 3:

Um raio de luz incide num espelho plano colocado no solo e após refletir-se atinge o ponto A de uma parede, conforme indica a figura. Qual é o ângulo de incidência i?

Exercício 4:

Um corpo ao ser iluminado com luz solar absorve todas as cores, com exceção da vermelha. Nestas condições, em que cor o corpo se apresenta? Levado a um ambiente iluminado com luz monocromática azul, como este corpo será visto?

Exercício 5:

Quatro corpos A, B, C e D, iluminados com luz solar apresentam as cores amarela, verde, azul e branco. Os corpos são levados a um recinto iluminado com luz monocromática verde.

Nestas condições, em que cores os corpos se apresentam?

Sombra e Penumbra

Sombra e Penumbra

Vamos considerar uma fonte puntiforme F, um disco opaco C e um anteparo A. O disco está disposto paralelamente ao anteparo.

Observa-se no anteparo uma sombra projetada de forma semelhante à do corpo opaco C, o que evidencia o fato de a luz se propagar em linha reta. Entre o disco C e o anteparo A, forma-se um tronco de cone que não é iluminado pela fonte F, sendo denominado sombra.

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Foto: M. Z. Ferraro

Se invés de uma fonte puntiforme F tivéssemos uma fonte extensa FG, como, por exemplo, uma lâmpada fluorescente, notaríamos que além da sombra e da sombra projetada teríamos regiões parcialmente iluminadas denominadas penumbra epenumbra projetada. Observe que o ponto P da penumbra é iluminado apenas pelo trecho FE da fonte extensa.

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Eclipses do Sol

Considerando o Sol como  fonte de luz e a Lua como corpo opaco, ocorre eclipse do Sol quando a sombra e a penumbra da Lua interceptam a Terra (anteparo). O eclipse do Sol é total para os habitantes da Terra que se encontram na sombra projetada (A) e parcial  para aqueles que se encontram na penumbra projetada (B).

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Eclipses da Lua

Considerando o Sol como fonte de luz e a Terra como corpo opaco, ocorre eclipse total da Lua quando ela inteira está imersa na sombra da Terra. O eclipse é parcial quando parte da Lua está imersa na sombra da Terra.

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As órbitas da Lua em torno da Terra, e da Terra, em torno do Sol, não pertencem ao mesmo plano. Em determinadas ocasiões, pode acontecer de os três astros se alinharem justamente no ponto em que a órbita da Lua intercepta o plano da órbita da Terra, ocorrendo o eclipse.

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Câmara escura de orifício

A câmara escura de orifício é uma caixa de paredes opacas existindo em uma delas um pequeno orifício, por onde pode penetrar luz.

Um objeto AB é colocado diante da parede que possui o orifício. Os raios de luz, que partem do objeto e passam pelo orifício determinam, na parede oposta à do orifício, uma figura A’B’, semelhante ao objeto, mas invertida.

Essa figura é chamada imagem A’B’ do objeto AB. A imagem é semelhante ao objeto e invertida. Isto evidencia o fato de a luz se propagar em linha reta.

Sejam (o) e (i) as alturas do objeto e da imagem e p e p' suas distâncias à parede que contém o orifício, respectivamente. Da semelhança entre os triângulos A’B’O e ABO, obtemos:

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i/o = p'/p

Para que um observador externo veja a imagem, a parede onde ela se forma deve ser substituída por uma folha de papel vegetal. A imagem vista pelo observador, além de invertida, troca o lado direito pelo lado esquerdo e vice-versa.

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Exercícios Básicos

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Exercício 1:

Entre uma fonte puntiforme e uma parede, coloca-se um lápis de 20 cm de altura. A fonte de luz e o centro do lápis estão numa mesma reta perpendicular à parede. O lápis se encontra a 20 cm da fonte e a 60 cm da parede. Determine o comprimento da sombra do lápis projetada na parede.

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Exercício 2:

Analise as afirmações e assinale as corretas:

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I) A formação de penumbra de um corpo opaco ocorre quando a fonte de luz é extensa.

II) O eclipse do Sol só ocorre numa fase de Lua Cheia e, portanto, todos os meses têm-se eclipses do Sol.

III) Quando ocorre eclipse do Sol a posição relativa dos três astros é Sol, Terra e Lua.

IV) Uma pessoa na Terra se situa na penumbra da Lua determinada pelo Sol. Esta pessoa presencia um eclipse parcial do Sol.

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Exercício 3:

a) Esquematize a posição relativa dos três astros Sol, Terra e Lua, durante um eclipse total da Lua.

b) Em qual fase da Lua ocorre o eclipse lunar?

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Exercício 4:

Um objeto AB de altura 10 cm encontra-se a 30 cm de uma câmara escura de orifício, cujo comprimento é de 45 cm.

a) Qual é a altura da imagem?

b) Aproxima-se o objeto da câmara. A altura da imagem aumenta ou diminui?

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Exercício 5:

Uma placa na qual está escrita a letra P é iluminada e disposta em frente a uma câmara escura de orifício. A parede onde se forma a imagem é de vidro fosco.

Esquematize a imagem que se forma nesta parede e que é vista pelo observador O.

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Óptica Geométrica

Óptica Geométrica

A Óptica Geométrica estuda a propagação da luz nos diferentes meios e os fenômenos que dela decorrem: a reflexão e a refração. Este estudo é feito a partir da noção de raio de luz e de princípios fundamentais.

Raios de luz. Feixe de luz

Para representar que a luz emitida pela chama de uma vela atinge a vista de um observador, utilizamos linhas orientadas que fornecem  a direção e o sentido de propagação da luz. Tais linhas são chamadas raios de luz.

Um conjunto de raios de luz é chamado feixe de luz. Este pode ser convergente, divergente ou de raios paralelos.

Meios de Propagação da Luz:

Meio transparente:

Através dos quais os objetos podem ser vistos nitidamente. Ao atravessar um meio transparente a luz percorre trajetórias regulares e bem definidas. O ar atmosférico existente numa sala e a água em camadas pouco espessas, são exemplos de meios transparentes.

Meio translúcido:

Através dos quais os objetos não podem ser vistos nitidamente. O papel de seda e o vidro fosco são exemplos de meios translúcidos. Ao atravessar um meio translúcido a luz percorre trajetórias irregulares e indefinidas.

Meio opaco:

Não permitem que a luz os atravesse. É o caso de uma parede de concreto.

Observação: Um meio é homogêneo quando apresenta as mesmas propriedades em todos os seus pontos.

A velocidade de propagação da luz

Todas as luzes, monocromáticas (isto é, luzes de uma só cor) ou policromáticas (luzes constituídas pela superposição de luzes de cores diferentes, como a luz solar branca) propagam-se no vácuo com a mesma velocidade que é aproximadamente igual a 3,0.105 km/s.

Nos meios materiais homogêneos e transparentes a velocidade de propagação da luz é menor que no vácuo e seu valor depende da cor da luz que se propaga.

Num meio material, a luz monocromática vermelha apresenta a maior velocidade de propagação e a violeta, a menor. As luzes das demais cores apresentam velocidades de propagação intermediárias. Na ordem decrescente de velocidade: luz vermelha, alaranjada, amarela, verde azul, anil e violeta.

Ano-Luz

Um ano-luz é a distância que a luz percorre no vácuo durante um ano terrestre. Vamos transformar em quilômetros o comprimento equivalente a um ano-luz.

Sendo c = 3,0.105 km/s a velocidade de propagação da luz no vácuo e Δt = 1 ano terrestre = 365,2 dias = 365,2.24.3600 s ≈ 3,16.107 s,

de d = c.Δt, vem:

                              

1 ano-luz = 3,0.105 km/s.3,16.107 s

1 ano-luz ≈ 9,5.1012 km

Princípios da Óptica Geométrica

a) Princípio da propagação retilínea

Nos meios homogêneos e transparentes a luz se propaga em linha reta

b) Princípio da independência dos raios de luz

Quando raios de luz se cruzam, cada um segue sua propagação como se os outros não existissem

c) Principio da reversibilidade da luz:

A trajetória seguida pela luz, não depende do sentido de propagação

Exercícios básicos

Exercício 1:

Analise as afirmações abaixo e indique as corretas:

a) O ar atmosférico de uma sala é um meio transparente.

b) A água em camadas espessas é um meio transparente.

c) O vidro fosco é um meio translúcido.

d) A atmosfera terrestre, cuja densidade diminui com o aumento da altitude, é um meio homogêneo.

e) Nos meios transparentes e translúcidos a luz se propaga em linha reta.

Exercício 2:

Um ano-luz tem a dimensão de:

a) tempo; b) velocidade; c) aceleração; d) comprimento; e) energia.

Exercício 3:

Uma estrela está situada a 4 anos-luz da Terra. Qual a distância entre a estrela e a Terra em quilômetros?

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Exercício 4:

O holofote A ilumina o artista situado no lado direito. Desliga-se A e liga-se o holofote B iluminando o artista situado no lado esquerdo. A seguir, ligam-se os dois holofotes e os feixes se cruzam. Os artistas ficam iluminados? Em que princípio da Óptica Geométrica você baseou sua resposta?

Exercício 5:

Tem-se uma associação de espelhos planos. Um raio de luz incide no espelho E1 e segue a trajetória ABCD, emergindo do espelho E2.

Represente a trajetória da luz que incide no espelho E2, segundo o raio DC. Em que fato da Óptica Geométrica você baseou sua resposta?

Óptica Geométrica

Óptica Geométrica

A Óptica Geométrica estuda a propagação da luz nos diferentes meios e os fenômenos que dela decorrem: a reflexão e a refração. Este estudo é feito a partir da noção de raio de luz e de princípios fundamentais.

Raios de luz. Feixe de luz

Para representar que a luz emitida pela chama de uma vela atinge a vista de um observador, utilizamos linhas orientadas que fornecem  a direção e o sentido de propagação da luz. Tais linhas são chamadas raios de luz.

Um conjunto de raios de luz é chamado feixe de luz. Este pode ser convergente, divergente ou de raios paralelos.

Meios de Propagação da Luz:

Meio transparente:

Através dos quais os objetos podem ser vistos nitidamente. Ao atravessar um meio transparente a luz percorre trajetórias regulares e bem definidas. O ar atmosférico existente numa sala e a água em camadas pouco espessas, são exemplos de meios transparentes.

Meio translúcido:

Através dos quais os objetos não podem ser vistos nitidamente. O papel de seda e o vidro fosco são exemplos de meios translúcidos. Ao atravessar um meio translúcido a luz percorre trajetórias irregulares e indefinidas.

Meio opaco:

Não permitem que a luz os atravesse. É o caso de uma parede de concreto.

Observação: Um meio é homogêneo quando apresenta as mesmas propriedades em todos os seus pontos.

A velocidade de propagação da luz

Todas as luzes, monocromáticas (isto é, luzes de uma só cor) ou policromáticas (luzes constituídas pela superposição de luzes de cores diferentes, como a luz solar branca) propagam-se no vácuo com a mesma velocidade que é aproximadamente igual a 3,0.105 km/s.

Nos meios materiais homogêneos e transparentes a velocidade de propagação da luz é menor que no vácuo e seu valor depende da cor da luz que se propaga.

Num meio material, a luz monocromática vermelha apresenta a maior velocidade de propagação e a violeta, a menor. As luzes das demais cores apresentam velocidades de propagação intermediárias. Na ordem decrescente de velocidade: luz vermelha, alaranjada, amarela, verde azul, anil e violeta.

Ano-Luz

Um ano-luz é a distância que a luz percorre no vácuo durante um ano terrestre. Vamos transformar em quilômetros o comprimento equivalente a um ano-luz.

Sendo c = 3,0.105 km/s a velocidade de propagação da luz no vácuo e Δt = 1 ano terrestre = 365,2 dias = 365,2.24.3600 s ≈ 3,16.107 s,

de d = c.Δt, vem:

                              

1 ano-luz = 3,0.105 km/s.3,16.107 s

1 ano-luz ≈ 9,5.1012 km

Princípios da Óptica Geométrica

a) Princípio da propagação retilínea

Nos meios homogêneos e transparentes a luz se propaga em linha reta

b) Princípio da independência dos raios de luz

Quando raios de luz se cruzam, cada um segue sua propagação como se os outros não existissem

c) Principio da reversibilidade da luz:

A trajetória seguida pela luz, não depende do sentido de propagação

Exercícios básicos

Exercício 1:

Analise as afirmações abaixo e indique as corretas:

a) O ar atmosférico de uma sala é um meio transparente.

b) A água em camadas espessas é um meio transparente.

c) O vidro fosco é um meio translúcido.

d) A atmosfera terrestre, cuja densidade diminui com o aumento da altitude, é um meio homogêneo.

e) Nos meios transparentes e translúcidos a luz se propaga em linha reta.

Exercício 2:

Um ano-luz tem a dimensão de:

a) tempo; b) velocidade; c) aceleração; d) comprimento; e) energia.

Exercício 3:

Uma estrela está situada a 4 anos-luz da Terra. Qual a distância entre a estrela e a Terra em quilômetros?

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Exercício 4:

O holofote A ilumina o artista situado no lado direito. Desliga-se A e liga-se o holofote B iluminando o artista situado no lado esquerdo. A seguir, ligam-se os dois holofotes e os feixes se cruzam. Os artistas ficam iluminados? Em que princípio da Óptica Geométrica você baseou sua resposta?

Exercício 5:

Tem-se uma associação de espelhos planos. Um raio de luz incide no espelho E1 e segue a trajetória ABCD, emergindo do espelho E2.

Represente a trajetória da luz que incide no espelho E2, segundo o raio DC. Em que fato da Óptica Geométrica você baseou sua resposta?