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Principais conceitos da óptica

     A luz é uma onda eletromagnética, o que a permite se propagar no vácuo. As ondas de luz são produzidas por perturbações em campos magnéticos e elétricos, gerando oscilações. Além disso, pode-se afirmar que a luz é uma onda transversal (ao contrário do som, por exemplo, que é uma onda longitudinal), ou seja, sua direção de propagação é perpendicular à de vibração. 

    Existem 3 importantes princípios de propagação da luz. São eles:

1 - Princípio de propagação retilínea da luz: Afirma que, em um meio homogêneo e transparente, a luz se propaga de maneira retilínea, isto é, em linha reta.

2 - Princípio da independência dos raios luminosos: Afirma que, caso se cruzem, dois feixes de luz não interferem na trajetória um do outro.

3 - Princípio da reversibilidade dos raios luminosos: Afirma que, caso se inverta o sentido de propagação de um feixe luminoso, o caminho que ele percorre continuará o mesmo. 

    Denominam-se meios ópticos os meio por onde a luz pode, ou não, se propagar. São eles o meio transparente (em que a luz se propaga facilmente e em linha reta), o translúcido (em que somente parte da luz consegue se propagar) e o opaco (em que a luz não se propaga). Outras duas classificações importantes são as de corpo luminoso e corpo iluminado. Corpo luminoso é aquele que possui luz própria e a emite (como o Sol, as estrelas, uma lâmpada...). Já os corpos iluminados são aqueles que não têm luz própria e refletem a luz dos corpos luminosos (como a Lua, um caderno, uma roupa...).

    Quanto ao seu modo de propagação, os feixes de luz podem ser classificados de três maneiras distintas. Feixes convergentes convergem, isto é, concentram-se, em um mesmo ponto. Feixes divergentes se afastam um do outro a partir de um ponto da fonte. Finalmente, feixes paralelos propagam-se de maneira paralela entre si.

    O processo da visão é possibilitado somente pela luz, portanto não é possível ver coisa alguma em um lugar completamente sem luz. Os objetos refletem a luz dos corpos luminosos que os iluminam, e nossos olhos captam esses feixes de luz refletidos. Em nossa retina, localizam-se células fotorreceptoras (cones e bastonetes), que captam a luz, enquanto o cérebro é responsável pela interpretação das informações recebidas pela retina, formando as imagens que vemos. Os animais podem enxergar de maneiras diferentes por apresentarem quantidades e tipos de células fotorreceptoras distintas das nossas.  

    Alguns fenômenos ópticos importantes que podemos observar no nosso dia a dia são:

Absorção: Ocorre através da transformação da luz em outro tipo de energia quando presente em um meio. Um bom exemplo é a incidência contínua de raios de luz em uma piscina, que se transformam em calor, aquecendo a água.

Reflexão: Ocorre quando a luz incide sobre uma superfície e muda sua direção de propagação, apesar de se manter no mesmo meio. Um exemplo é a reflexão de nossa imagem em um espelho.

Refração: Refere-se à mudança de velocidade e direção da propagação da luz ao atravessar de um meio para outro. Pode ser notada quando um objeto dentro d'água fica distorcido quando observado de fora d'água (nesse caso a luz atravessou do meio ar para o meio água). 

Dispersão: É um fenômeno de refração no qual a luz branca se divide em luz policromática, isto é, com as cores que a formam separadas. Pode ser observada na formação de um arco-íris, quando a luz sofre dispersão dentro de gotas d'água. 

    A decomposição da luz branca é o que forma o que chamamos de espectro visível, ou seja, as diferentes cores que vemos, determinadas pela frequência de vibração das ondas de luz. As três cores primárias de luz são vermelho, verde e azul (RGB), e, juntas, essas três cores formam o branco. Por outro lado, a ausência completa delas é o que dá origem ao preto (que nem é exatamente uma cor, visto que caracteriza-se pela ausência de luz). Já a mistura em diferentes quantidades da luz vermelha, verde e azul é o que dá origem às demais cores que conhecemos. 

    TVs e monitores também funcionam graças ao sistema de cores (RGB), pois são compostos por pequenos filetes que emitem as cores vermelho, verde e azul e podem combiná-las de maneira a reproduzirem as diversas tonalidades visíveis a nossos olhos. Porém, quando tratamos de corpos iluminados, as coisas mudam um pouco de figura. A cor de um objeto corresponde à parte do espectro visível de luz que ele refletiu, absorvendo o restante da luz que recebeu. Assim, percebe-se que um objeto branco só é branco porque, ao receber luz branca, refletiu todas as cores do espectro visível. Já um objeto verde, por exemplo, ao receber luz branca, reflete somente a parte verde do espectro visível, absorvendo o resto da luz. Um objeto preto absorve toda a luz que recebe, não refletindo nada. Dessa maneira, também compreende-se que, se vistos sobre luzes de cores diferentes, os objetos podem parecer ter cores diferentes, já que podem estar refletindo somente uma fração de seu espectro. 

    Assim, pode-se estabelecer a diferença entre a cor-luz e a cor-pigmento. A cor-luz é emitida diretamente por um corpo luminoso, sendo que suas cores primárias são vermelho, verde e azul. Já a cor-pigmento é a cor dos objetos, refletida por eles e interpretada por nossos olhos. Suas cores primárias são o magenta, ciano e amarelo. Magenta é formado pela absorção de verde, ciano é formado pela absorção de vermelho e amarelo é formado pela absorção de azul. 

    Existem dois tipos de reflexão: a reflexão especular e a reflexão difusa. Reflexão especular ocorre em superfícies planas e polidas, sendo caracterizada pela reflexão de maneira paralela de raios que incidem paralelamente. Ocorre quando nos observamos em um espelho (ou até mesmo quando a superfície da água está completamente parada). Já a reflexão difusa ocorre em superfícies rugosas, com raios que incidem paralelamente sendo refletidos em diferentes direções. É o que possibilita nossa visão do mundo, já que a luz reflete difusamente nos objetos e chega à nossa retina.

    Diferentes tipos de espelhos podem provocar a formação de diferentes imagens. Portanto, segue-se uma pequena análise da imagem formada pelos principais tipos de espelhos.

Espelhos planos: São superfícies planas polidas e lisas que permitem a ocorrência de reflexão especular. Nos espelhos planos, o ângulo de reflexão de um raio é igual ao ângulo de incidência.

Espelhos convexos: Neles, a superfície refletora é a parte externa da calota. A imagem refletida é direita (não está de cabeça para baixo) e parece menor, visto que esse tipo de espelho fornece um campo de visão mais amplo. São muito utilizados, por exemplo, em garagens, para facilitar a visão da rua de maneira mais ampla.

Espelhos côncavos: Neles, a superfície refletora é a parte interna da calota. De perto, a imagem é direita e fica ampliada. De longe, porém, a imagem se torna menor e fica de cabeça para baixo. 

Observação: Vale lembrar que as imagens refletidas pelos espelhos são reversas, isto é, nelas, a direita e a esquerda parecem ter sido "trocadas". 

    O conceito de sombra é dado através da reflexão dos raios de luz por um objeto opaco em frente a uma superfície. A região onde os raios de luz incidiriam se não fossem desviados de sua trajetória acaba não recebendo luz alguma, dando origem à chamada sombra. Por definição, sombra é entendida como uma região onde não há luz. Caso a fonte de luz a que o objeto opaco estiver exposto for muito extensa, haverá a formação, nas bordas da sombra, da penumbra, região onde poucos raios de luz incidem. 

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