25: Óptica geométrica
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A óptica geométrica descreve a propagação da luz em termos de raios, o que é útil para aproximar os caminhos pelos quais a luz se propaga em certas classes de circunstâncias. A óptica geométrica não leva em conta certos efeitos ópticos, como difração e interferência.
- 25.0: Prelúdio da óptica geométrica
- Quando a luz interage com um objeto que é várias vezes maior que o comprimento de onda da luz, seu comportamento observável é semelhante ao de um raio; ela não exibe de forma proeminente suas características de onda. Chamamos essa parte da óptica de “óptica geométrica”. Este capítulo se concentrará em tais situações. Quando a luz interage com objetos menores, ela tem características de onda muito proeminentes, como interferência construtiva e destrutiva. “Wave Optics” se concentrará em tais situações.
- 25.1: O aspecto radial da luz
- Uma linha reta que se origina em algum ponto é chamada de raio. A parte da óptica que trata do aspecto radial da luz é chamada de óptica geométrica. A luz pode viajar de três maneiras de uma fonte para outro local: (1) diretamente da fonte através do espaço vazio; (2) através de vários meios; (3) depois de ser refletida de um espelho.
- 25.2: A Lei da Reflexão
- O ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência. Um espelho tem uma superfície lisa e reflete a luz em ângulos específicos. A luz é difundida quando reflete de uma superfície rugosa. Imagens espelhadas podem ser fotografadas e filmadas por instrumentos.
- 25.3: A Lei da Refração
- A mudança na direção de um raio de luz quando ele passa por variações na matéria é chamada de refração. A velocidade da luz no vácuo\(c = 2.9972458 \times 10^{8} \sim 3.00 \times 10^{8} m/s\) Índice de refração\(n = \frac{c}{v}\), onde\(v\) é a velocidade da luz no material,\(c\) é a velocidade da luz no vácuo e\(n\) é o índice de refração. A lei de Snell, a lei da refração, é declarada em forma de equação como\(n_{1} \sin_{\theta_{1}} = n_{2} \sin_{\theta_{2}}\).
- 25.4: Reflexão interna total
- O ângulo de incidência que produz um ângulo de refração de\(90^{\circ}\) é chamado de ângulo crítico. A reflexão interna total é um fenômeno que ocorre no limite entre dois meios, de forma que, se o ângulo de incidência no primeiro meio for maior que o ângulo crítico, toda a luz será refletida de volta para esse meio. A fibra óptica envolve a transmissão de luz por fibras de plástico ou vidro, aplicando o princípio da reflexão interna total.
- 25.5: Dispersão - arco-íris e prismas
- A propagação da luz branca em todo o espectro de comprimentos de onda é chamada de dispersão. Os arco-íris são produzidos por uma combinação de refração e reflexão e envolvem a dispersão da luz solar em uma distribuição contínua de cores. A dispersão produz belos arco-íris, mas também causa problemas em certos sistemas ópticos.
- 25.6: Formação de imagem por lentes
- Os raios de luz que entram em uma lente convergente paralelamente ao seu eixo se cruzam em um único ponto no lado oposto. Para uma lente convergente, o ponto focal é o ponto em que os raios de luz convergentes se cruzam; para uma lente divergente, o ponto focal é o ponto do qual os raios de luz divergentes parecem se originar. A distância do centro da lente até seu ponto focal é chamada de distância focal\(f\). A potência\(P\) de uma lente é definida como sendo o inverso de sua distância focal,\(P = \frac{1}{f}\).
- 25.7: Formação de imagem por espelhos
- As imagens em espelhos planos têm o mesmo tamanho do objeto e estão localizadas atrás do espelho. Assim como as lentes, os espelhos podem formar uma variedade de imagens. Por exemplo, espelhos dentários podem produzir uma imagem ampliada, assim como os espelhos de maquiagem. Os espelhos de segurança nas lojas, por outro lado, formam imagens menores que o objeto. Usaremos a lei da reflexão para entender como os espelhos formam imagens e descobriremos que as imagens espelhadas são análogas às formadas pelas lentes.
Miniatura: os raios de luz paralelos que entram pela direita em uma lente divergente parecem vir do ponto focal à direita.