1. Óptica
Aula 1 Prof Blas
EE Tadakiyo Sakai

2. Óptica - Fundamentos
Luz - Comportamento e princípios
A luz, ou luz visível como é fisicamente caracterizada, é uma forma de energia radiante. É
o agente físico que, atuando nos órgãos visuais, produz a sensação da visão.
Para saber mais...
Energia radiante é aquela que se propaga na forma de ondas eletromagnéticas, dentre as quais se
pode destacar as ondas de rádio, TV, microondas, raios X, raios gama, radar, raios infravermelho,
radiação ultravioleta e luz visível.
Uma das características das ondas eletromagnéticas é a sua velocidade de propagação, que no
vácuo tem o valor de aproximadamente 300 mil quilômetros por segundo, ou seja:
Podendo ter este valor reduzido em meios diferentes do vácuo, sendo a menor velocidade até hoje
medida para tais ondas quando atravessam um composto chamado condensado de Bose-Einstein,
comprovada em uma experiência recente.
A luz que percebemos tem como característica sua freqüência que vai da faixa de (vermelho) até
(violeta). Esta faixa é a de maior emissão do Sol, por isso os órgãos visuais de todos os seres vivos
estão adaptados a ela, e não podem ver além desta, como por exemplo, a radiação ultravioleta e
infravermelha.
A luz que percebemos tem como característica sua freqüência que vai da faixa
de (vermelho) até (violeta). Esta faixa é a de maior emissão do Sol, por isso
os órgãos visuais de todos os seres vivos estão adaptados a ela, e não podem
ver além desta, como por exemplo, a radiação ultravioleta e infravermelha.

3. Divisões da Óptica
Óptica Física: estuda os fenômenos ópticos que exigem uma teoria sobre a
natureza das ondas eletromagnéticas.
Conceitos básicos
Raios de luz
São a representação geométrica da trajetória da luz, indicando sua direção e o
sentido da sua propagação. Por exemplo, em uma fonte puntiforme são
emitidos infinitos raios de luz, embora apenas alguns deles cheguem a um
observador.
Representa-se um raio de luz por um segmento de reta orientado no sentido
da propagação.

4. Feixe de luz
É um conjunto de infinitos raios de luz; um feixe luminoso pode ser:
Cônico convergente: os raios de luz convergem para um ponto;
Cônico divergente: os raios de luz divergem a partir de um ponto;
Cilíndrico paralelo: os raios de luz são paralelos entre si.

5. Fontes de luz
Tudo o que pode ser detectado por nossos olhos, e por outros instrumentos de fixação
de imagens como câmeras fotográficas, é a luz de corpos luminosos que é refletida de
forma difusa pelos corpos que nos cercam.
Fonte de luz são todos os corpos dos quais se podem receber luz, podendo ser fontes
primárias ou secundárias.
Fontes primárias: Também chamadas de corpos luminosos, são corpos que emitem luz
própria, como por exemplo, o Sol, as estrelas, a chama de uma vela, uma lâmpada
acesa,...
Fontes secundárias: Também chamadas de corpos iluminados, são os corpos que
enviam a luz que recebem de outras fontes, como por exemplo, a Lua, os planetas, as
nuvens, os objetos visíveis que não têm luz própria,...

6. Quanto às suas dimensões, uma fonte pode ser classificada como:
Pontual ou puntiforme: uma fonte sem dimensões consideráveis que emite
infinitos raios de luz.
Extensa: uma fonte com dimensões consideráveis em relação ao ambiente.

7. Meios de propagação da luz
Os diferentes meios materiais comportam-se de forma diferente ao serem
atravessados pelos raios de luz, por isso são classificados em:
Meio transparente
É um meio óptico que permite a propagação regular da luz, ou seja, o observador vê
um objeto com nitidez através do meio. Exemplos: ar, vidro comum, papel celofane,
etc...
Meio translúcido
É um meio óptico que permite apenas uma propagação irregular da luz, ou seja, o
observador vê o objeto através do meio, mas sem nitidez.
Meio opaco
É um meio óptico que não permite que a luz se propague, ou seja, não é possivel
ver um objeto através do meio.

8. Fenômenos ópticos
Ao incidir sobre uma superfície que separa dois meios de propagação, a luz sofre algum, ou
mais do que um, dos fenômenos a seguir:
Reflexão regular
A luz que incide na superfície e retorna ao mesmo meio, regularmente, ou seja, os raios
incidentes e refletidos são paralelos. Ocorre em superfícies metálicas bem polidas, como
espelhos.

9. Reflexão difusa
A luz que incide sobre a superfície volta ao mesmo meio, de forma irregular, ou seja, os
raios incidentes são paralelos, mas os refletidos são irregulares. Ocorre em superfícies
rugosas, e é responsável pela visibilidade dos objetos.

10. Refração
A luz incide e atravessa a superfície, continuando a se propagar no outro meio.
Ambos os raios (incidentes e refratados) são paralelos, no entanto, os raios
refratados seguem uma trajetória inclinada em relação aos incididos. Ocorre
quando a superfície separa dois meios transparentes.
Absorção
A luz incide na superfície, no entanto não é refletida e nem refratada, sendo absorvida
pelo corpo, e aquecendo-o. Ocorre em corpos de superfície escura.

11. Princípio da independência dos raios de luz
Quando os raios de luz se cruzam, estes seguem independentemente, cada um a sua
trajetória
Princípios
Princípio da propagação retilínea da luz
Todo o raio de luz percorre trajetórias retilíneas em meios transparentes e
homogêneos.
EVIDÊNCIAS DA PROPAGAÇÃO RETILÍNEA DA LUZ.
a) Sombra e Penumbra

12. Sombra e penúmbra
Quando um corpo opaco é colocado entre uma fonte de luz e um anteparo é
possível delimitar regiões de sombra e penúmbra. A sombra é a região do
espaço que não recebe luz direta da fonte. Penúmbra é a região do espaço que
recebe apenas parte da luz direta da fonte, sendo encontrada apenas quando o
corpo opaco é posto sob influência de uma fonte extensa. Ou seja:
Fonte de luz puntiforme Fonte de luz extensa

13. A formação da Sombra é uma
característica da fonte Pontual.
Quando a fonte é extensa teremos a
formação de Sombra e Penumbra.
(PUCC) Um observador nota que um edifício projeta no solo uma sombra de 30m de
comprimento, no instante em que um muro de 1,5m de altura projeta uma sombra de
50cm. Determine a altura do edifício.

14. Câmara escura de orifício
Uma câmara escura de orifício consiste em um equipamento formado por uma
caixa de paredes totalmente opacas, sendo que no meio de uma das faces existe
um pequeno orifício.
Ao colocar-se um objeto, de tamanho o, de frente para o orifício, a uma distância
p, nota-se que uma imagem refletida, de tamanho i, aparece na face oposta da
caixa, a uma distância p', mas de foma invertida. Conforme ilustra a figura:
Desta forma, a partir de uma
semelhança geométrica pode-
se expressar a seguinta
equação:
Sendo esta conhecida como a Equação
da câmara escura.

15. Um pouco mais de Fenômenos Ópticos
Reflexão é o fenômeno que consiste no fato de a luz voltar a se propagar no meio de
origem, após incidir sobre uma superfície de separação entre dois meios.
Refração é o fenômeno que consiste no fato de a luz passar de um meio para outro
diferente.
Durente uma reflexão são conservadas a frequência e a velocidade de propagação,
enquanto durante a refração, apenas a frequência é mantida constante.
Reflexão e refração regular
Acontece quando, por exemplo, um feixe cilíndrico de luz atinge uma superfície totalmente
lisa, ou tranquila, desta forma, os feixes refletidos e refratados também serão cilíndricos,
logo os raios de luz serão paralelos entre si.

16. Reflexão e refração difusa
Acontece quando, por exemplo, um feixe cilíndrico de luz atinge uma superfície rugosa,
ou agitada, fazendo com que os raios de luz refletidos e refratados tenham direção
aleatória por todo o espaço.
Reflexão e refração seletiva
A luz branca que recebemos do sol, ou de lâmpadas fluorescentes, por exemplo, é
policromática, ou seja, é formada por mais de uma luz monocromática, no caso do sol, as
sete do arco-íris: vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta.
Sendo assim, um objeto ao ser iluminado por luz branca "seleciona" no espectro solar as
cores que vemos, e as refletem de forma difusa, sendo assim, vistas por nós.
Se um corpo é visto branco, é porque ele reflete todas as cores do espectro solar.
Se um corpo é visto vermelho, por exemplo, ele absorve todas as outras cores do
espectro, refletindo apenas o vermelho.
Se um corpo é "visto" negro, é por que ele absorve todas as cores do espectro solar.
Chama-se filtro de luz a peça, normalmente acrílica, que deixa passar apenas um das
cores do espectro solar, ou seja, um filtro vermelho, faz com que a única cor refratada de
forma seletiva seja a vermelha.

17. Quantas vezes você já se perguntou: Quantas cores existem? Quantas cores eu
posso enxergar?
Essas perguntas têm várias teorias que explicam:
A cor é uma percepção visual provocada pela ação de um feixe de fótons sobre
células especializadas da retina, que transmitem através de informação pré-
processada no nervo óptico, impressões para o sistema nervoso.
A cor de um material é determinada pelas médias de frequência dos pacotes
de onda que as suas moléculas constituintes refletem. Um objeto terá
determinada cor se não absorver justamente os raios correspondentes à
freqüência daquela cor.
Assim, um objeto é vermelho se absorve preferencialmente as frequências fora
do vermelho.
CORES

18. A cor é relacionada com os diferentes comprimento de onda do espectro
eletromagnético. São percebidas pelas pessoas, em faixa específica (zona do
visível), e por alguns animais através dos órgaos de visão, como uma sensação
que nos permite diferenciar os objetos do espaço com maior precisão.
Considerando as cores como luz, a cor branca resulta da sobreposição de todas
as cores, enquanto o preto é a ausência de luz. Uma luz branca pode ser
decomposta em todas as cores (o espectro) por meio de um prisma. Na
natureza, esta decomposição origina um arco-íris.

19. ESTUDO DAS CORES
Sabe-se bem pelos psicólogos a influência emocional que desencadeiam as cores no
espírito humano. As respostas emocionais variam enormemente dependendo da cor e
da intensidade desta, assim como das diferentes combinações de cores que se podem
dar. Normalmente cada cor individual leva associado um conjunto de emoções e
associações de idéias que lhes são "próprias". Há que destacar que estas emoções
associadas correspondem à cultura ocidental, já que em outras culturas as cores podem
expressar sentimentos totalmente opostos aos acima indicados (por exemplo, no Japão
a cor branca simboliza a morte). As sensações que produzem as cores dependem de
fatores culturais e ambientais, e muitas vezes dos próprios prejuízos do usuário.
Ademais há que somar a isto que nem todas as pessoas vêem as cores da mesma
forma, já que há pessoas que só podem ver bem a gama azul / laranja, outros o
vermelho / verde e outras degeneram o branco / preto. Inclusive se percebem as cores
de forma diferente com o olho direito que com esquerdo. Vamos estudar a seguir as
propriedades psicológicas das principais cores e suas combinações mais acertadas.

20. Vermelho
O vermelho é a única cor brilhante de verdade e pura em sua composição. É exultante e
agressiva. É o símbolo da paixão ardente e desenfreada, da sexualidade e do erotismo. É
uma cor cálida associada com o sol e o calor, de tal maneira que é possível se sentir mais
aquecido em um ambiente pintado de vermelho, embora objetivamente a temperatura
não tenha variado. Seu nome procede do latim "russus".
O vermelho é a cor do sangue, da paixão, da força bruta e do fogo. Utiliza-se nas festas
do Espírito Santo, iluminando a chama do amor divino, e nas festas de Semana Santa e
Pentecostes. Cor fundamental, ligada ao princípio da vida, sugere vitalidade, entusiasmo,
paixão, agitação, força, sexo, calor, fogo, sangue, amor, audácia, valor, coragem, cólera,
crueldade, intensidade e virilidade, estando associado com sentimentos enérgicos, com
a excitação apaixonada ou erótica. É a cor mais sensual de todo o círculo cromático.
Também sugere alarme, perigo, violência, ira e aborrecimento. Muitos animais e plantas
usam o vermelho para indicar sua periculosidade, e o homem o utiliza em todo tipo de
indicações de proibição e perigo.
O vermelho é uma cor controvertida, podendo ser atrativa e sedutora como uns lábios
de mulher pintados lábios de mulher pintados ou desencadear nojo ou enjôo, como
quando se contempla uma poça de sangue. Em uma composição pode ser usado para
chamar a atenção, para incitar uma ação ou para marcar os elementos mais importantes
de uma composição ou página web, porém quando é usado em grande quantidade
cansa a vista em excesso.

21. Verde
O verde é a cor mais tranqüila e sedativa de todas. É a cor da calma indiferente: não
transmite alegria, tristeza ou paixão. Seu nome deriva do latim "viridis" (que tem seiva).
Está associado a conceitos como Natureza, saúde, dinheiro, frescor, crescimento,
abundancia, fertilidade, plantas, bosques, vegetação, primavera, frescor, esmeralda,
honra, cortesia, civismo e vigor. O verde que tende ao amarelo cobra força ativa ; se nele
predominar o azul será mais sombrio e sofisticado. Significa a esperança, os bens que
hão de vir, o desejo de vida eterna. É a cor própria do ano eclesiástico e de grande
número de festas, assim como de certos domingos antes de Pentecostes.
Dizem que é a cor mais descansada para o olho humano e que tem poder de cura ( será
por isso que o uniforme dos cirurgiões são verdes?).

22. Azul
A cor azul é o símbolo da profundidade. Imaterial e fria, suscita uma predisposição
favorável. A sensação de placidez que provoca o azul é distinta da calma ou repouso
terrestres, próprios do verde.
É uma cor reservada e entra dentro das cores frias. Expressa harmonia, amizade,
fidelidade, serenidade, sossego, verdade, dignidade, confiança, masculinidade,
sensualidade e comodidade. Seu nome é de origem incerta, porém parece que
procede do sânscrito "rajavarta" (cacheado do rei).
Esta cor se associa com o céu, o mar e o ar. O azul claro pode sugerir otimismo. Quanto
mais se clarifica mais perde atração e se torna indiferente e vazio. Quanto mais se
escurece mais atrai para o infinito. Possui também a virtude de criar a ilusão óptica de
retroceder.
É a cor do céu sem nuvens, sem ameaças, onde voam as aves com liberdade, da água
cristalina, fonte de vida para animais e plantas, da Terra, nosso belo planeta azul.
É uma cor que influencia sobre o apetite, diminuindo este, certamente porque não há
nenhum alimento azul na natureza, por isso não é aconselhável seu uso para uma
página sobre receitas de cozinha ou produtos alimentícios

23. A resposta emocional à cor
A resposta emocional à cor é função do contexto cultural do usuário. Em culturas
ocidentais há una certa correlação entre cor e resposta emocional:
•Vermelho: perigo, alerta, quente, excitante, paixão, sexo.
•Azul: masculino, frio, calmo, confiável, estável .
•Branco: pureza, honestidade, frio.
•Pastel: feminino, sensibilidade, delicadeza, cálido.
•Laranja: emocional, positivo, jovem.
•Negro: densidade, seriedade, morte, autoridade, poder, estabilidade.
•Rosado: feminino, cálido, jovem.
•Verde: natureza, conforto, positivo (esperança).

24. No final do século XVII, Newton realizou experiências que mostraram ser a luz branca
uma mistura de todas as cores.
Quando iluminado por luz branca, um objeto pode deixar de refletir todas as cores; ao
contrário, pode absorver algumas. Assim, um corpo verde, por exemplo, reflete
principalmente o verde e absorve as outras cores.
Um corpo é branco quando reflete todas as cores e um corpo tem cor negra quando
absorve toda a luz que incide sobre ele, isto é, quando não reflete nenhuma das ondas
eletromagnéticas do espectro visível. A luz branca é também chamada de luz
policromática, enquanto uma luz de cor pura, como o verde, por exemplo, é chamada luz
monocromática.
A cor não é uma característica própria do objeto, mas depende da luz que o ilumina. Um
corpo vermelho, quando iluminado por luz branca, absorve todas as cores, exceto a
radiação vermelha, que é refletida. Se esse corpo for iluminado por luz monocromática
amarela, por exemplo, ele será visto como um objeto preto, pois o amarelo é absorvido e
não há vermelho para ser refletido.
Resumindo um objeto iluminado .........com
relação as cores...

25. Uma cor é como seu cérebro interpreta determinados e específicos comprimentos de
onda. Para tais freqüências serem identificados pelo seu nervo ótico, antes ela precisa ser
refletida, o que significa que tudo o que um belo céu azul NÃO é, é azul. Que uma rosa
vermelha NÃO é vermelha.
Quem não estudou o disco de luz de Newton? Ele têm todas as cores do espectro, ao
girar rapidamente ele fica branco. Pois um feixe de luz possui em si todas as cores – todo
o espectro. Ao bater em gotas d’água, o feixe se decompõe e revela todas suas cores: isto
é um arco-íris. Ao bater em uma rosa, a superfície da mesma irá absorver todo o espectro
de cores, com exceção da freqüência que nosso cérebro identifica com o vermelho.

26. A primeira representação do espectro foi proposta por Sir Isaac
Newton, que combinou as cores em um círculo.