Luz: Energia Luminosa Embora exista muita energia radiante no Universo, o olho humano reconhece apenas uma parte dela, chamada de luz.
Luz é energia radiante capaz de sensibilizar os olhos, ou seja, é uma radiação eletromagnética que não precisa do meio material para se propagar e cuja frequência se situa entre o infravermelho e o ultravioleta, como podem observar no espectro eletromagnético abaixo:
A luz é uma forma de energia que pode ser produzida com base em outras formas de energia. O fogo, por exemplo, transforma energia química em energia térmica e luminosa. O atrito entre duas superfícies pode transformar energia mecânica em energia térmica e luminosa. Lâmpadas são dispositivos que transformam energia elétrica em energia luminosa. Já os vaga-lumes são insetos que transformam energia química em energia luminosa.
Classificação dos meios ópticosA luz é uma forma de energia que se propaga de diferentes maneiras nos diversos meios. Considerando a propagação da luz, classificam-se os meios como transparentes, translúcidos ou opacos.
Meios transparentes são aqueles que permitem a propagação da luz e a visualização nítida dos objetos. Através dos meios transparentes, como ar, água pura e lentes, é possível enxergar nitidamente os objetos, como pode ser observado na imagem abaixo:
Meios translúcidos são aqueles que espalham a luz em várias direções, dificultando a visualização dos objetos. Ao observar um objeto através de meios translúcidos, como nevoeiro, neblina, vidros foscos ou jateados, ar ou água turvos, papel de seda etc., é possível ver os objetos, mas sem nitidez:
Meios opacos são aqueles que não permitem a propagação da luz, como madeira, paredes de alvenaria etc. Portanto, não é possível enxergar através de meios opacos, como pode ser observado na imagem abaixo:
Princípios da óptica geométricaPropagação retilínea: o princípio da propagação retilínea estabelece que, num meio homogêneo e transparente, a luz se propaga em linha reta. Como, por exemplo, a luz passando por entre as árvores numa floresta:
Independência dos percursos: com tantas fontes de luz funcionando ao mesmo tempo, é fácil imaginar que a luz emitida por uma fonte acaba encontrando outros feixes de luz pelo caminho. Observa-se neste caso uma importante propriedade das ondas: quando dois feixes de luz em propagação se encontram, um não interfere na trajetória do outro, ou seja, a trajetória de um feixe de luz não é alterada pela trajetória de outro, como pode ser observado na imagem abaixo:
Reversibilidade: o caminho que um raio de luz percorre não depende do sentido de propagação; esse princípio é facilmente observado quando duas pessoas se olham no espelho. Como, por exemplo, num salão de cabeleireiro:
AplicaçõesSombrasA formação de sombras é consequência da propagação retilínea da luz.
Sombra é a ausência de luz. É uma região não iluminada que se forma atrás de um objeto opaco posicionado no caminho da luz. Quando os objetos envolvidos são astros, como o Sol e a Lua, ocorre um eclipse.
EclipsesChama-se eclipse a passagem de um astro pela sombra de outro astro. Aqui na Terra, enxergam-se apenas dois eclipses a olho nu: o eclipse da Lua e o eclipse do Sol.
Quando a Lua passa pela sombra da Terra, ela deixa de ser iluminada pelo Sol. Nesse caso, tem-se o eclipse da Lua. Já durante o eclipse do Sol, a Lua projeta na Terra uma região de sombra e outra de penumbra. Na região de sombra, o eclipse é total, enquanto na penumbra ocorre o eclipse parcial.
Fenômenos ópticos
Reflexão da luzA reflexão da luz é o retorno da energia luminosa para a região de onde veio, depois de atingir uma superfície entre dois meios. Ocorre quando a luz incide sobre a superfície de separação entre dois meios e não tem energia suficiente para atravessá-la, acontecendo principalmente em superfícies opacas.
As leis da reflexão da luzQuando a luz incide numa superfície que separa dois meios e é refletida, podem-se observar dois fenômenos que sempre acontecem e que são sintetizados em duas leis, chamadas leis da reflexão da luz.
A
primeira lei da reflexão da luz esta estabelece que o feixe de luz incidente, a reta normal e o feixe de luz refletido pertencem a um mesmo plano. Já a
segunda lei da reflexão da luz esta estabelece que, durante a reflexão da luz, o ângulo de incidência (i) (formado entre o feixe de luz incidente e a reta normal), e o ângulo de reflexão (r) (formado entre o raio refletido e a reta normal) têm sempre o mesmo valor. Matematicamente, pode-se escrever i = r.
Reflexão regular e reflexão difusaA reflexão da luz pode ser regular (superfícies microscopicamente lisas), quando mantém o formato do feixe incidente, ou difusa (superfícies microscopicamente rugosas), quando espalha a luz em várias direções. A difusão da luz é muito importante no processo de visão, pois possibilita que um objeto seja visto de lugares diferentes.
EspelhosTodos os dias, milhões de pessoas se olham no espelho, seja ao ajeitar os cabelos ou ao escovar os dentes. Espelhos são encontrados em carros, casas, garagens, e apresentam várias utilidades.
São chamadas de espelhos as superfícies lisas ou polidas nas quais ocorre a reflexão regular da luz, proporcionando a formação de imagens nítidas. Dependendo do formato da superfície do espelho, eles podem ser planos ou esféricos (côncavos ou convexos), entre outros formatos possíveis.
Espelhos planosOs espelhos planos são relativamente fáceis de construir e produzem imagens nítidas e do mesmo tamanho do objeto que está à sua frente, motivo pelo qual são muito utilizados.
A imagem formada por um espelho plano é virtual, como se estivesse atrás dele. Por isso não é possível projetar a imagem gerada por um espelho plano numa parede ou tela.
Aplicando as leis da reflexão às imagens formadas por um espelho plano, conclui-se que a imagem gerada por ele é sempre virtual, direta (mantém o que estava embaixo do objeto na parte de baixo da imagem e o que estava acima na parte de cima), do mesmo tamanho que o objeto que está à frente do espelho e reversa (troca o lado direito pelo esquerdo e vice-versa).
Espelhos esféricosFaróis e retrovisores de carros, espelhos de dentistas e esteticistas, telescópios etc são exemplos de instrumentos que utilizam a reflexão da luz em superfícies esféricas.
Dependendo de sua curvatura, eles podem ser côncavos ou convexos. Os espelhos convexos, onde o feixe de luz refletido diverge, sempre produzem imagens pequenas e direitas dos objetos, já os espelhos côncavos, onde o feixe de luz refletido converge, concentram a energia luminosa e podem ampliar a imagem.
RefraçãoLentes, lupas, vidros, e mesmo o arco-íris e o olho humano, são exemplos de fenômenos associados à refração. A refração da luz é a passagem da luz de um meio para outro com propriedades físicas distintas. Em geral, ela vem acompanhada de uma mudança na direção e na velocidade de propagação da luz.
Na trajetória até nossos olhos, a luz muitas vezes acaba atravessando vários outros meios, além do ar, como as lentes de óculos ou de contato, a água, o vidro das janelas etc. Até mesmo dentro de nossos olhos ela atravessa vários meios antes de formar uma imagem. Toda vez que a luz passa de um meio para outro, ela sofre uma refração.
Índice de refraçãoA capacidade de um meio deixar a luz passar é medida por uma grandeza chamada
índice de refração absoluto. Esse índice é representado pela letra
n, e estabelece uma proporção entre a velocidade da luz no vácuo (c) e a velocidade da luz no meio (v).
Calcula-se o índice de refração absoluto dividindo a velocidade da luz no vácuo pela velocidade da luz no meio, em km/s (n = c/v).
Quanto maior for o índice de refração, menor será a velocidade da luz no meio e maior será o seu desvio.
Dispersão da luzA luz do Sol ou das lâmpadas que iluminam o ambiente é composta de diferentes cores que constituem a luz branca. Ao atravessar objetos, por exemplo, prismas ou cristais, a luz branca se separa em várias cores distintas. A dispersão da luz é um caso particular da refração.
Isso também ocorre quando a luz atravessa uma mancha de óleo no chão. O arco-íris também é um exemplo de dispersão da luz nas gotas de água que compõem a chuva ou no ar próximo a uma cachoeira.
LentesAs lentes são os instrumentos ópticos de mais larga aplicação. Elas podem ser encontradas em óculos, binóculos, telescópios, microscópios, máquinas fotográficas, lunetas e vários outros aparelhos.
Lentes são elementos ópticos transparentes limitados por duas superfícies, sendo pelo menos uma delas esférica. Em geral, as lentes são de vidro ou acrílico.
Tipos de lenteAs lentes podem ser convergentes ou divergentes. Elas podem ter diferentes formatos, mas nas lentes convergentes a borda é sempre mais fina do que o centro. Já as lentes divergentes apresentam as bordas sempre mais grossas do que o centro.
Lentes convergentesAs lentes convergentes concentram o feixe paralelo da luz incidente num ponto chamado foco da lente. Assim como os espelhos côncavos, elas podem produzir vários tipos de imagens, sendo que algumas delas podem ser projetadas numa tela. Por isso, são muito utilizadas em projetores de slides, filmes etc.
Lentes divergentesAs lentes divergentes espalham a luz no espaço, como se toda luz partisse do ponto chamado foco da lente. Assim como os espelhos convexos, elas só produzem imagens direitas e menores do que o objeto à sua frente, e não podem ser projetadas.
AbsorçãoA absorção da luz é um fenômeno muito importante para a manutenção da vida na Terra. As plantas verdes (que têm clorofila) absorvem a energia luminosa que vem do Sol e, por meio da fotossíntese, transformam-na em energia química, que será a base da alimentação de vários seres vivos na Terra. O ar, a água, e o solo também absorvem a luz (assim como radiações de outras frequências) e a transformam em calor, ajudando a controlar a temperatura do planeta.
Na reflexão e na refração, a luz incidente continua como luz após refletir ou refratar. Já a absorção da luz envolve sua transformação em outra forma de energia. Ou seja, a energia luminosa transforma-se em energia térmica, química ou elétrica.
Visão e cores dos objetos
Fontes de luzPara que as pessoas consigam ver, é necessária a existência de uma fonte de luz. Por essa razão, não é possível enxergar no escuro. Nem todos os objetos são capazes de emitir luz; entretanto, num ambiente claro, é possível enxergá-los. Por isso, dividem-se os objetos visíveis em dois grupos: aqueles que emitem luz (como o Sol, as estrelas, as lâmpadas acesas etc) são chamados de
fontes primarás de luz; e aqueles que não emitem, apenas refletem a luz que os atinge (como a Lua, os planetas, uma lâmpada apagada, outros corpos e objetos em geral de nosso cotidiano), são chamados de
fontes secundárias de luz.
Visão e cores dos objetosAlém de uma fonte de luz, para que ocorra a visão, é necessária a presença de um observador. A luz que você enxerga é aquela que atinge os seus olhos, vinda de alguma fonte de luz, primária ou secundária. As cores dos objetos são dadas pelas cores da luz que são refletidas por eles.
Assim, se um objeto iluminado com luz branca (que é uma mistura equilibrada de todas as cores de luz) parece branco, é porque ele reflete todas as cores, e a mistura delas parece branca. É por isso que as cores mais claras “esquentam” menos: elas refletem mais energia luminosa.
Se um objeto parece preto quando iluminado com luz branca, é porque ele absorve todas as cores e pouco reflete. É por isso que as cores mais escuras “esquentam” mais. Elas absorvem a energia luminosa, transformando-a em térmica.
Se um objeto parece vermelho quando iluminado com luz branca, é porque ele absorve todas as cores menos a vermelha, que é refletida, sendo, então, a cor captada pelos olhos do observador.
Já se esse objeto for iluminado com luz amarela, por exemplo, ele vai absorvê-la e não vai refletir nada, tornando-se negro. A rigor, são os pigmentos, substâncias coloridas contidas nos objetos (e que definem suas cores), que possuem um poder seletor sobre as radiações luminosas que os atingem. Cada pigmento absorve, reflete ou refrata a luz incidente. Adicionando pigmentos com características de seleção diferentes, obtém-se uma maior subtração de radiações, até o caso da absorção total, que corresponde à visão do preto.
No cotidiano, como os objetos são pintados ou tingidos com misturas de pigmentos, quando se ilumina um objeto vermelho com luz azul, por exemplo, acaba-se vendo alguma cor, pois mesmo sendo vermelho, o material apresenta alguns pigmentos de outras cores, que refletem um pouco de luz.
Basicamente, isto é tudo sobre a luz que eu tinha para compartilhar com vocês.
Qualquer dúvida ou comentário sobre o conteúdo, basta postarem no seguinte tópico:
https://www.forumnsanimes.com/t61040-comentarios-fisica-geral.
Bons estudos.