Óptica geométrica

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Formação de um arco-íris por meio da óptica geométrica.

Óptica geométrica é um ramo da óptica que é baseado principalmente na noção de um feixe de luz . Esta abordagem simples permite a construção das imagens geométricas que dão o seu nome.

Introdução

Princípios Fundamentais

Os princípios em que se baseia a Óptica Geométrica são três:

  • Propagação Retilínea da Luz: Em um meio homogêneo, transparente e isotrópico, a luz se propaga em linha reta. Cada uma dessas "retas de luz" é chamada de raio de luz.

O princípio da propagação retilínea da luz pode ser verificado no fato de que, por exemplo, um objeto quadrado projeta sobre uma superfície plana, uma sombra também quadrada.

  • Independência dos Raios de Luz: Quando dois raios de luz se cruzam, um não interfere na trajetória do outro, cada um se comportando como se o outro não existisse.

O princípio da independência pode ser observado, por exemplo, em peças de teatro no momento que holofotes específicos iluminam determinados atores no palco. Mesmo que os atores troquem suas posições no palco e os feixes de luz sejam obrigados a se cruzar, ainda assim os atores serão iluminados da mesma forma, até mesmo, por luzes de cores diferentes.

  • Reversibilidade dos Raios de Luz: Se revertermos o sentido de propagação de um raio de luz ele continua a percorrer a mesma trajetória, em sentido contrário.

O terceiro princípio pode ser verificado por exemplo na situação em que um motorista de táxi e seu passageiro, este último no banco de trás, conversam, um olhando para o outro através do espelho central retrovisor.

Óptica Geométrica

Do ponto de vista físico, óptica geométrica é uma abordagem alternativa para a óptica ondulatória (muitas vezes chamado de óptica física ) e óptica quântica. Tendo sido desenvolvida desde os tempos antigos. A óptica ondulatória foi demonstrada no século XIX e a óptica quântica surgiu apenas no século XX.

Estudo da refração da luz por uma lente esférica, por Robert Grosseteste, c. 1250.

Maxwell mostrou que a luz pode ser modelada por um campo electromagnético que se propaga numa direção perpendicular a si mesmo. Quando este campo tem uma determinada frequência a onda associada a ele pode ser caracterizada pelo seu comprimento de onda dependente e, além disso, no ambiente no qual se espalha. Neste caso, no visível, a cor percebida pelo cérebro através do olho é a manifestação da frequência e não o comprimento de onda da onda chamada monocromática. A difração, a interferência ou a polarização necessitam da natureza ondulatória da luz.

Mas muitos fenômenos podem ser compreendidos considerando o sentido de propagação da energia da onda, o raio de luz. A óptica geométrica continua sendo a ferramenta mais flexível e eficazes no de tratamento dióptrico e cata dióptrico. Ela permite explicar a formação de imagens produzidas por estes sistemas.

Reflexão de Luz

No modelo ondulatório (escalar ou vetorial) de uma onda de luz, há uma variação periódica do campo electromagnético que se move ao longo do espaço. Pode acompanhar o movimento da onda com a de uma onda de superfície, sobre a qual o campo magnético tem um valor constante. No caso de uma onda que se essas superfícies são propagadas na direção perpendicular a si: esta direção é a direção dos raios, os quais são normais às frentes de onda (mais precisamente, os raios de luz são a direção propagação da energia, que é também a direção de propagação da onda eletromagnética em um meio homogêneo e isotrópico).

Da seguinte forma:

  • Um raio de luz é um objeto teórico: não tem existência física. Ele serve como um modelo de base a todos feixes de luz, representado por um conjunto de raios de luz.
  • Se a frente de onda é um plano (onda plana), todos os raios são paralelos uns aos outros: fala-se de feixe paralelo.
  • Se a frente de onda é um pedaço de uma esfera (onda esférica), todos os raios estão se movendo em direção a um ponto, ou parecem vir de um ponto: não há um feixe que converge para um ponto ou diverge.
  • De modo mais geral, quando a superfície da onda é côncava ou convexa, o feixe é convergente ou divergente. Um feixe convergente estará em uma área do espaço determinado pela zona de convergência. Quando um feixe convergente é divergente. Se considerarmos um feixe de propagação na direção oposta (veja o princípio da reversibilidade da luz), as áreas de convergência e divergência são invertidos.

A velocidade da luz no vácuo é denotada por e seu valor é (fixado por decreto em 1983). Num suporte material, a velocidade ondulatória da luz é menor do que no vácuo. Define-se o índice do meio pela quantidade onde é a velocidade da luz no meio. A velocidade da luz é sempre menor do que a da sua propagação em vácuo, é maior que 1.

Algumas observações sobre gráficos

Raios que estão surgindo para localizar uma imagem nem sempre correspondem aos que realmente atravessam o sistema estudado, logo a importância da marcação dos feixes "tratados", todos os raios de passagem, na verdade, para determinar as dimensões físicas dos seus componentes para indicar as regiões do espaço em que a imagem final possa ser observada.

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