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25.0: Prelúdio da óptica geométrica

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    Óptica geométrica

    A luz desta página ou tela é transformada em uma imagem pela lente do seu olho, assim como a lente da câmera que fez essa fotografia. Espelhos, como lentes, também podem formar imagens que, por sua vez, são capturadas pelo seu olho.

    Pessoas com roupas brancas cobertas da cabeça aos pés e usando luvas azuis estão trabalhando em um laboratório de pesquisa, uma pessoa segurando um flash e analisando e outra lendo um manuscrito e assim por diante. Suas imagens são vistas em um tampo de vidro colorido liso de uma mesa de trabalho.
    Figura\(\PageIndex{1}\): Imagem vista como resultado da reflexão da luz em uma superfície plana e lisa. (crédito: Foto e vídeo de NASA Goddard, via Flickr)

    Nossas vidas estão cheias de luz. Por meio da visão, o mais valorizado de nossos sentidos, a luz pode evocar emoções espirituais, como quando vemos um magnífico pôr do sol ou vislumbramos um arco-íris rompendo as nuvens. A luz também pode simplesmente nos divertir em um teatro ou nos avisar para pararmos em um cruzamento. Tem inúmeros usos além da visão. A luz pode transmitir sinais telefônicos através de fibras de vidro ou cozinhar uma refeição em um forno solar. A vida em si não poderia existir sem a energia da luz. Da fotossíntese nas plantas ao aquecimento do sol em um animal de sangue frio, seu suprimento de energia é vital.

    Figura\(\PageIndex{2}\): Arco-íris duplo sobre a baía de Pocitos em Montevidéu, Uruguai. (crédito: Madrax, Wikimedia Commons)

    Já sabemos que a luz visível é o tipo de ondas eletromagnéticas às quais nossos olhos respondem. Esse conhecimento ainda deixa muitas perguntas sobre a natureza da luz e da visão. O que é cor e como nossos olhos a detectam? Por que os diamantes brilham? Como a luz viaja? Como lentes e espelhos formam imagens? Essas são apenas algumas das perguntas que são respondidas pelo estudo da óptica. A óptica é o ramo da física que lida com o comportamento da luz visível e de outras ondas eletromagnéticas. Em particular, a óptica se preocupa com a geração e propagação da luz e sua interação com a matéria. O que já aprendemos sobre a geração de luz em nosso estudo da transferência de calor por radiação será expandido em tópicos posteriores, especialmente aqueles sobre física atômica. Agora, vamos nos concentrar na propagação da luz e sua interação com a matéria.

    É conveniente dividir a óptica em duas partes principais com base no tamanho dos objetos que a luz encontra. 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.