óptica Geométrica, Luz E Cores

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ENGENHARIA - INSTITUTO POLITÉCNICO – UNA Óptica Geométrica, Luz e Cores Professor:Professor: . Daniel Neri Alexandre Sasdelli, Artur Barbosa, Juliano Oliveira, Pedro Machado, Sandra Almeida. Resumo Este artigo abordará os conceitos e aplicações no que se refere a óptica geométrica, luz e cores, será demonstrado como ocorreu a evolução dos estudos, e os modelos defendidos por famosos físicos. Entretanto serão analisados contextos tragos para nossa realidade desde a origem das cores até disfunções e correções visuais. Temos que completar. 1. Introdução Ao falarmos de ótica geométrica, luz e cores, não é difícil associarmos esses temas com o nosso dia a dia, porém alguns conceitos necessitam de um estudo aprofundado para sua correta compreensão, desta maneira esse artigo propõe tal estudo a fim de esclarecer e agregar todo conhecimento necessário. Iniciamos com a definição de A óptica comoé um ramoa área da física que estuda os conceitos de luz e os fenômenos luminosos, mais amplamente a radiação eletromagnética. Dentro dos conceitos de óptica temos a óptica geométrica que tem como base o estudo da trajetória da luz considerando esta como um feixe, que permite a construção de imagens geométricas, este possui um campo vasto com aplicações práticas dentre eles as fotografias, microscópios, telescópios, o funcionamento do olho humano, dentre outros. Outro conceito importante a ser ressaltado é a definição de luz visível como a radiação eletromagnética perceptível ao olho humano, dando assim origem ao sentido da visão. Com a visão podemos distinguir as diversas cores que pode ser definida como a percepção da ação de um feixe de fótons sobre células da retina, transmitindo assim informações para o nosso sistema nervoso. Modelos então foram defendidos por físicos famosos que deram origem ao Modelo CuspuscularCorpuscular da Luz defendido por Newton e o Modelo Ondulatório defendido por Huyghens, onde tais modelos definiram a luz em diferentes pontos de vista, porém o mais adotado pelos cientistas foi o modelo ondulatório defendido por Huyghens por se justificar na prática. A óptica geométrica é um ramo da óptica que tem como base o estudo da trajetória da luz considerando esta como um feixe, que permite a construção de imagens geométricas. Luz visível pode ser definida como uma radiação eletromagnética que pode ser percebida pelo olho humano, dando origem ao sentido da visão. A cor é uma percepção visual provocada pela ação de um feixe de fótons sobre células de nossas retinas, que transmitem informações para o sistema nervoso. Durante a evolução dos estudos a respeito da luz houveram dois principais modelos defendidos por físicos daquela época: Modelo corpuscular da luz: O modelo defendido por Newton considerava que a luz era constituída por um conjunto de partículas que se refletem elasticamente sobre uma superfície. Modelo ondulatório: Modelo defendido por Huyghens defendia que a luz era uma onda que se explicava de forma bastante clara a reflexão e a refração da luz. 2. História Durante a evolução dos estudos a respeito da luz houveram dois principais modelos defendidos por físicos daquela época: Modelo corpuscular da luz: O modelo defendido por Isaac Newton em artigo publicado em 1672 considerava que a luz era constituída por um conjunto de partículas que se refletem elasticamente sobre uma superfície. No início do século XIX, esse modelo aos poucos perdeu espaço devido ao aperfeiçoamento da teoria ondulatória de Thomas Young e Augustin Fresnel. Modelo ondulatório da luz: Modelo defendido por Huyghens no século XVIIdefendia defendia que a luz era uma onda que se explicava de forma bastante clara a reflexão e a refração da luz. Entretanto com testes realizados com os dois modelos os cientistas optaram pela adoção do modelo ondulatório defendido por Huyghens devido ao fato da teoria defendida por Newton não ser justificada na prática. No século XIX, Thomas Young e Augustin Fresnel realizaram experiências sobre interferência e difração demonstrando a existência de fenômenos ópticos nos quais a teoria curpuscular da luz seriam inadequadas, sendo este possível caso a luz se comportasse como um movimento ondulatório. Fontes de Luz: São representados pelos corpos que emitem luz própria, como o Sol, o filamento de uma lâmpada acesa, a chama de uma vela ou uma barra de ferro incandescente. 3. Funcionalidade 1. 3.1 Luz e Cores As cores dos matériasdas matérias podem ser definidas pelas médias de frequência que suas moléculas refletem, sendo assim um objeto possuirá exatamente a cor que este não absorver. A cor pode ser relacionada com diferentes comprimentos de onda do espectro eletromagnético, que podem ser vistas em uma faixa visível ao olho humano. Abaixo a tabela de comprimento de onda e frequência.frequência. Composição de Cores: Abaixo a tabela com as cores do espectro visível Figura 1 - Composição de Cores Cores Primárias: São as cores Vermelho, Verde e Azul. Juntando-se as três cores formam-se a cor branca. Cores Secundárias: São as As cores originadas da mistura em determinadas proporções de duas cores primáriasprimárias da luz, misturadas em determinadas proporções, originando emm outras cores, que se designam por cores secundárias como: magenta, ciano e amarelo. o 3. 3.2 Sistema RGB de Projeção 2. Definição: O RGB é um sistema de cores aditivas formado por vermelho (Red), verde (Green) e azul (Blue). Esse sistema chamado de aditivo de cores é baseado em projeções de luz, como monitores e datashows [4]. Figura 2 - Sistema RGB 3. Sistema CMYK de Impressão Definição: O CMYK é a abreviatura dos 4 canais de cores que formam o sistema subtrativo e que são base para criar todas as outras variações de cores: Cyan, Magenta, Yellow e Black*. Neste caso, ao invés de projeções de luz (como no RGB), trabalha-se com cor-pigmento, ou seja, tinta. Figura 3 - Sistema CMYK 4. Aplicações 4.1 Lentes: As lentes são dispositivos muito comuns em nosso dia a dia, utilizados para ampliar ou reduzir o tamanho dos objetos. Podem apresentar diferentes formas, pois são aplicadas em instrumentos diversos, como nos óculos e em máquinas fotográficas. São formadas por um meio transparente: vidro ou plástico, por exemplo, e limitadas por faces curvas que, na maioria das vezes, são esféricas. Podemos ter seis diferentes tipos de lentes: biconvexa, bicôncava, plano-convexa, plano-côncava, côncavo-convexa e convexo-côncava. Nas lentes biconvexas, plano-convexas e côncavo-convexas, a luz converge para um determinado ponto, assim sendo, essas lentes são denominadas de lentes convergentes ou lentes de bordas finas. Nas outras três lentes a luz diverge. Dessa forma, as lentes bicôncavas, plano-côncava e convexo-côncava são chamadas de lentes divergentes ou lentes de bordas grossas. Estas lentes têm larga aplicação na correção de problemas visuais, tais como a hipermetropia, astigmatismo, presbiopia e a miopia. 4.2 Instrumentos Ópticos: Lupa: É o instrumento óptico mais simples, conhecido como lente de aumento esse dispositivo é composto por uma lente divergente, que possui a distância focal menor que os outros dispositivos ópticos que fica na ordem de centímetros. Esta lente poderá ser fixada em um suporte cuja disposição é denominada microscópio simples. Instrumento óptico munido de uma lente com capacidade de criar imagens virtuais ampliadas. É utilizada para observar com mais detalhe pequenos objetos ou superfícies Este instrumento é geralmente usado quando se necessita ampliar pequenas imagens à pequenas distâncias, é muito utilizado por profissionais de eletrônica para verificação de dados dos componentes eletrônicos. Microscópio: O microscópio é um aparelho utilizado para visualizar estruturas minúsculas como as célulascomposto por um arranjo específico de lentes permitindo um grande aumento com boa resolução das células e tecidos observados. Quando o equipamento é composto de mais de uma lente recebe o nome de microscópio composto, este possui uma fonte de luz, geralmente uma lâmpada elétrica de tungstênio onde esta luz é concentrada e focalizada em um feixe pela lente condensadora. A fonte de luz se localiza na parte inferior do equipamento e seu foco é direcionado ao espécime, esta luz o atravessa e entra em uma das lentes objetivas, cuja localização se dá em uma pequena torre giratória logo acima do espécime. Normalmente estes equipamentos possuem quatro objetivas em um revólver permitindo aumentos pequeno, médio, grandes e de imersão em óleo. Na maioria dos microscópios geralmente as primeiras três lentes aumentam quatro, dez e quarenta vezes respectivamente, enquanto a lente imersa em óleo é capaz de aumentar em cem vezes as imagens. Além destas lentes os microscópios possuem também uma lente ocular que geralmente é capaz de aumentar a imagem por fatores de dez, totalizando as ampliações em quarenta, cem, quatrocentos e mil vezes. O foco é dado pelo deslocamento das objetivas para cima e para baixo acima do espécime, interessante observar que a projeção destas imagens na retina será invertida da esquerda para direita e de cima para baixo. A resolução do microscópio se dá pela capacidade da lente em mostrar que dois objetos diferentes encontram-se separados por uma distância, sendo assim sua qualidade depende do quanto sua resolução se aproxima de um limite teórico de 0,25 micrometros, restrição essa determinada pelo comprimento de luz visível. Existem diversos tipos de microscópios porém os mais utilizados são microscópio óptico, eletrônico de transmissão e eletrônico de varredura Figura 4 - Diferentes tipos de microscópio Telescópio: Instrumento que permite estender a capacidade dos olhos humanos de observar e mensurar objetos longínquos. Os telescópios possuem como características principais campo, aumento, luminosidade, magnitude e poder separador, sendo assim ele é um objeto que capta pouca luminosidade, portando é adequado para observar objetos mais luminosos como estrelas, ou o universo a fim de visualizar os planetas. Um fator importante na escolha correta do telescópio é o diâmetro da lente objetiva, quanto maior esta for maior será a resolução do equipamento, podendo então ampliar a imagem sem que haja distorção. Existem diversos tipos de telescópios dentre eles refratores, refletores, Cassegrain, refletor dobsoniano, azimutais, ópticos, raio-x, raios gama e de radiação infravermelha. Abaixo exemplos de telescópios. Pois, permite ampliar a capacidade de enxergar longe. Figura 5 - Telescópios Refratores (1), Refletores (2), Cassegrain (3) e Refletor Dobsonico(4). 4.3 Olho Humano suas Disfunções e Correções: Hipermetropia : A Hipermetropia é a dificuldade em ver objetos próximos de nós. Quem sofre de hipermetropia vê os objetos próximos desfocados pois, pois a imagem forma-se depois da retina. A Hipermetropia pode dever-se a dois fatores. Um é a incapacidade do cristalino de se tornar mais convergente (mais curvo). O outro é o fato de o olho ser mais pequenomenor do que o necessário para que a imagem se forme corretamente. Em qualquer dos casos, o problema é corrigido com lentes convergentes (convexas): Presbiopia: A Presbiopia, habitualmente designada de vista cansada, deve-se ao fato de o cristalino, com o avançar da idade, perder a capacidade de se tornar mais convergente (mais curvo) resultando na dificuldade em ver focados os objetos que estejam próximos de nós. Tal como a Hipermetropia pode ser corrigida utilizando lentes convergentes (convexas). Miopia: A Miopia é a dificuldade em ver objetos que se encontrem longe de nós. Quem sofre de Miopia vê os objetos que se encontram afastados muito desfocados pois a imagem forma-se antes da retina. A Miopia deve-se resulta da incapacidade do cristalino de se tornar menos convergente (menos curvo). O problema é corrigido com lentes divergentes (côncavas). Astigmatismo : O astigmatismo deve-se a uma forma irregular da córnea. Os raios de luz são focados em diferentes pontos e a imagem formada não é nítida. Este problema é corrigido com lentes cilíndricas. 5. Conceito na Física: 5.1 Fenômenos ópticos: Quando um feixe de luz se propaga em determinado meio e atinge uma superfície de separação com outro meio, ocorrem os seguintes fenômenos: refração e reflexão. Quando estudamos um dos fenômenos, consideramos que ele ocorre isoladamente, mas de fato os dois estão sempre presentes na interação entre a luz e um corpo (ou meio). 5.2 Refração: Refração da Luz : A refração da luz ocorre quando a luz incide numa superfície que separa dois meios transparentes e, atravessando-a, propaga- se no outro meio. As consequências dessa passagem são a mudança da velocidade de propagação da luz, e quando isso acontece, a luz pode sofrer mudança na direção de sua trajetória. Figura 6 - Exemplo de Refração Índice de refração absoluto: A velocidade da luz na água é diferente da velocidade da luz no vidro. Essa diferença de velocidade que a luz tem em diversos meios transparentes nos leva a uma grandeza física adimensional conhecida como índice de refração absoluto. O índice de refração absoluto é uma grandeza adimensional, ou seja, ela não possui unidades. Isso pode ser facilmente entendido se você perceber que, no cálculo dessa grandeza, é feita a divisão de velocidade por velocidade. Quando se faz a divisão de mesmas grandezas, o resultado será uma grandeza adimensional. Fórmula para cálculo do Índice de refração absoluto : Figura 7 - Cálculo do Índice de Refração Absoluta Índice de refração absoluto e cor : O índice de refração não é único para todas as cores que compõem o espectro da luz visível. Observa-se que a luz de menor frequência se propaga com maior velocidade quando comparada à luz de maior frequência. Índice de refração absoluto e cor : A seguir temos uma tabela que mostra o índice de refração do vidro para algumas cores Figura 8 - Índice de Refração do Vidro 5.3 Reflexão: Reflexão da luz: Ocorre quando um feixe de luz incide sobre uma superfície e retorna ao meio de origem, destaca-se nesse fenômeno a reflexão regular e a reflexão difusa da luz. Figura 9 - Reflexão da Luz Reflexão regular: Acontece quando um feixe de luz atinge uma superfície polida e é refletido de forma regular, isto é, caso a incidência seja de um feixe com raios paralelo, o feixe refletido também será paralelo. Figura 10 - Exemplo Reflexão Regular Reflexão difusa: Ocorre quando um feixe de luz incide numa superfície e volta de forma irregular, ou seja, propaga-se em todas as direções. Figura 11 - Exemplo Reflexão Difusa 6. Conclusão Temos que completar 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. A GEOMETRIA DA ÓPTICA GEOMÉTRICA E DA ÓPTICA FÍSICA http://pt.slideshare.net/fisicaboulanger/01-ptica-introduo- 26844462http://pt.slideshare.net/fisicaboulanger/01-ptica-introduo- 26844462  2. Livro Física Conceitual (Inserir edição, autor e volume) 3. http://nautilus.fis.uc.pt/cec/lar/sara/doc/teoria.pdf. Acesso em 02/05/2014http://nautilus.fis.uc.pt/cec/lar/sara/doc/teoria.pdf. Acesso em 02/05/2014 4. Vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=0DaXxKzQHP0 https://www.youtube.com/watch?v=0DaXxKzQHP0 5. http://www.baumhaus.com.br/knowhaus/knowhaus003.htmlhttp://www.baumhaus. com.br/knowhaus/knowhaus003.html . Acesso em 05/05/ 2014 6. http://mikebueno.com.br/arquivos/A_Cor_e_a_Visao_Humana_- _por_Mike_Bueno.pdfhttp://mikebueno.com.br/arquivos/A_Cor_e_a_Visao_Human a_-_por_Mike_Bueno.pdf Acesso em 05/05//05/2014 7. http://www.aulas-fisica-quimica.com/8f_19.html Acesso em: 04/05/ maio 2014. 8. http://www.brasilescola.com/fisica/lentes-1.htm Acesso em: 04/05/4 maio 2014. 9. http://pt.wikipedia.org/wiki/Cor Acesso em 15/05/ 2014. 10. http://propi.ifto.edu.br/ocs/index.php/connepi/vii/paper/viewFile/3497/11 01 Acesso em 17/05/ 2014 11. Tratado de Histologia em cores, Tradução da 3ª Edição, Editora Saunders, Leslie P. Gartner. 12. Abordando o ensino de óptica através da construção de telescópios, Tamara O. Bernardes publicado em 2006. (Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 28, n. 3, p. 391-396, (2006)) ----------------------- 10