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2: Óptica geométrica e formação de imagens

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    Este capítulo apresenta as principais ideias da óptica geométrica, que descrevem a formação de imagens devido à reflexão e refração. É chamada de óptica “geométrica” porque as imagens podem ser caracterizadas usando construções geométricas, como diagramas de raios. Vimos que a luz visível é uma onda eletromagnética; no entanto, sua natureza ondulatória só se torna evidente quando a luz interage com objetos com dimensões comparáveis ao comprimento de onda (cerca de 500 nm para luz visível). Portanto, as leis da óptica geométrica só se aplicam à luz interagindo com objetos muito maiores que o comprimento de onda da luz.

    • 2.1: Prelúdio à óptica geométrica e formação de imagens
      Cloud Gate é uma escultura pública de Anish Kapoor localizada no Millennium Park, em Chicago. Suas placas de aço inoxidável refletem e distorcem as imagens ao seu redor, incluindo o horizonte de Chicago. Dedicado em 2006, tornou-se uma atração turística popular, ilustrando como a arte pode usar os princípios da óptica física para assustar e entreter.
    • 2.2: Imagens formadas por espelhos planos
      A lei da reflexão nos diz que o ângulo de incidência é o mesmo que o ângulo de reflexão. Um espelho plano sempre forma uma imagem virtual (atrás do espelho). A imagem e o objeto estão à mesma distância de um espelho plano, o tamanho da imagem é igual ao tamanho do objeto e a imagem está na vertical.
    • 2.3: Espelhos esféricos
      Os espelhos esféricos podem ser côncavos (convergentes) ou convexos (divergentes). A distância focal de um espelho esférico é metade de seu raio de curvatura:\(f = \frac{R}{2}\). A equação do espelho e o traçado de raios permitem que você forneça uma descrição completa de uma imagem formada por um espelho esférico. A aberração esférica ocorre para espelhos esféricos, mas não para espelhos parabólicos; a aberração comática ocorre para ambos os tipos de espelhos.
    • 2.4: Imagens formadas por refração
      Quando um objeto é observado através de uma interface plana entre duas mídias, então ele aparece a uma distância aparente hi que difere da distância real\(h_0\):\(h_i = \left(\frac{n_2}{n_1}\right)h_0\). Uma imagem é formada pela refração da luz em uma interface esférica entre dois meios de índices de refração n1\(n_2\) e. A distância da imagem depende do raio de curvatura da interface, da localização do objeto e dos índices de refração da mídia.
    • 2.5: Lentes finas
      Dois tipos de lentes são possíveis: convergentes e divergentes. Uma lente que faz com que os raios de luz se curvem em direção (longe) de seu eixo óptico é uma lente convergente (divergente). Ao final desta seção, você poderá usar diagramas de raios para localizar e descrever a imagem formada por uma lente e empregar a equação de lente fina para descrever e localizar a imagem formada por uma lente.
    • 2.6: O olho
      O olho humano é talvez o mais interessante e importante de todos os instrumentos ópticos. Nossos olhos realizam um grande número de funções: eles nos permitem sentir direção, movimento, cores e distância. Nesta seção, exploramos a ótica geométrica do olho.
    • 2.7: A câmera
      As câmeras usam combinações de lentes para criar uma imagem para gravação. No final desta seção, você poderá: Descrever a ótica de uma câmera. Caracterize a imagem criada por uma câmera.
    • 2.8: A lupa simples
      Um ampliador simples é uma lente convergente e produz uma imagem virtual ampliada de um objeto localizado dentro da distância focal da lente. A ampliação de uma imagem quando observada a olho nu é a ampliação angular M, que é definida pela razão entre o ângulo\(θ_{image}\) subtendido pela imagem e o ângulo\(θ_{object}\) subtendido pelo objeto.
    • 2.9: Microscópios e telescópios
      Muitos dispositivos ópticos contêm mais do que uma única lente ou espelho. Eles são analisados considerando cada elemento sequencialmente. A imagem formada pela primeira é o objeto da segunda, e assim por diante. As mesmas técnicas de traçado de raios e lentes finas desenvolvidas nas seções anteriores se aplicam a cada elemento da lente. A ampliação geral de um sistema de vários elementos é o produto das ampliações lineares de seus elementos individuais vezes a ampliação angular da ocular.
    • 2.A: Óptica geométrica e formação de imagens (respostas)
    • 2.E: Óptica geométrica e formação de imagens (exercícios)
    • 2.S: Óptica geométrica e formação de imagens (resumo)

    Miniatura: Raios refletidos por um espelho esférico convexo: os raios incidentes de luz paralelos ao eixo óptico são refletidos por um espelho esférico convexo e parecem se originar de um ponto focal bem definido à distância focal f no lado oposto do espelho. O ponto focal é virtual porque nenhum raio real passa por ele. (CC BY 4.0; OpenStax)