Introdução à Óptica: O que é luz?

Figura 1 - Prisma de Newton.

A óptica é o ramo da física que se dedica ao estudo do comportamento da luz. Mas o que é luz? As ondas de rádio e TV também são luz? Neste post você poderá entender o que é a luz e responder a essas questões!

Introdução

A óptica é o ramo da física que se dedica ao estudo do comportamento da luz. Mas o que é luz? A luz pode ser definida como sendo uma energia radiante, que se propaga através de ondas eletromagnéticas (OEM), que para o caso da luz visível, possui frequência da ordem de terahertz! Mas será que ondas de rádio e TV também são luz? A resposta é sim. Porém, são categorias de luz em que nosso olho não consegue perceber.

A luz sendo uma onda eletromagnética consiste na propagação de dois campos variáveis periodicamente, um elétrico $\vec{E}$ e outro magnético $\vec{B}$, conforme ilustrado abaixo:

Onda eletromagnética.

O espectro visível da luz

Figura 2 - Espectro eletromagnético.

Ao considerar todas as frequências de luz existente, pode-se formar o chamado espectro eletromagnético. Em que são representados desde as frequências mais baixas, como as ondas de rádio e TV, até as frequências mais altas, como os raios gama.

Nosso olho consegue enxergar apenas uma pequena faixa do espectro eletromagnético, compreendido entre as OEM com comprimento da ordem de 400nm (violeta) até 700nm (vermelho). Sendo esta a faixa de interesse para o estudo da Óptica!

Divisões dentro do mundo da Óptica

A Óptica está dividida basicamente em três partes, a Óptica Física, Óptica Fisiológica e a Óptica Geométrica. Na Óptica Física, busca-se entender a natureza da luz, já na Óptica Fisiológica, é dado atenção para o entendimento da interação da luz com os sistemas biológicos, como exemplo nosso olho. E na Óptica Geométrica, procura-se entender como é o comportamento das trajetórias da luz, considerando-a como um ente geométrico! Por isso o nome Óptica Geométrica. No ensino médio é estudado a Óptica Geométrica, ficando a Óptica Física e Fisiológica para cursos de nível superior.

Óptica Geométrica: Raio de luz

Na Óptica Geométrica o elemento fundamental de estudo é o raio de luz. Um raio de luz é definido como sendo um seguimento de reta orientado conforme a figura abaixo:

Figura 3 - raio de luz.

No vácuo, a luz se propaga sempre com uma velocidade constante de c=300.000 km/s, ou no S.I. $$c=3\times10^8~m/s$$.

Feixes de luz

Ao unir vários raios de luz, obtêm-se os feixes de luz ou também conhecidos como pincéis de luz. Estes podem ser do tipo Divergente, Convergente ou Paralelo.

Feixe de luz Divergente:

Figura 4 - lâmpada.

O feixe de luz do tipo divergente é aquele em que os raios de luz se afastam uns dos outros, gerando uma divergência dos raios. Exemplo: raios de luz saindo de uma lâmpada.

 Feixe de luz Convergente

Figura 5 - lupa.

Já os feixes de luz convergente, são aqueles pelo qual os raios de luz se aproximam um dos outros, gerando uma convergência dos raios. Exemplo: raios de luz após atravessarem uma lupa.

 Feixe de luz Paralelo

Figura 6 - canhão de laser.

Por fim, os feixes de luz paralelo, são aqueles cujos raios de luz estão sempre na mesma distância um dos outros, não se aproximando nem se afastando. Como exemplo, pode-se citar um canhão de ‘laser’.

Fontes de luz

Uma fonte de luz é definida como sendo todo corpo em que se pode receber luz. No entanto, as fontes de luz são classificadas em primária e secundária. Uma fonte de luz do tipo primária é aquela que emite luz própria. Exemplos: Sol, chama de uma vela, LED, lâmpada etc.

Uma fonte de luz secundária é aquela que reflete luz de uma fonte primária. Como exemplo, pode-se citar a Lua, um sapato, uma mesa, uma parede, um espelho etc.

As fontes de luz ainda podem ser diferenciadas pela sua dimensão. Uma fonte de luz cuja dimensão é desprezível é considerada uma fonte pontual ou puntiforme. Já uma fonte de luz com dimensões não desprezíveis é chamada corpo extenso.

Classificação dos materiais em relação à luz

Os materiais podem ser classificados em relação à luz como sendo transparentes, translúcidos ou opacos.

Materiais transparentes

Os materiais transparentes são aqueles em que a luz consegue atravessar descrevendo trajetórias regulares.

Figura 7 - raios regulares.

Como exemplo têm-se os vidros hialino, ar atmosférico, água pura, etc.

Figura 8 - vidro.

  Materiais translúcidos

Os materiais que fazem com que a luz descreva trajetórias irregulares, porém, permitindo que ela o atravesse é chamado materiais translúcidos.

Figura 9 - raios irregulares.

 Como exemplo pode-se citar a neblina, o papel vegetal, papel manteiga, vidro leitoso, etc.

Figura 10 - parede translúcida.

Materiais opacos

Os materiais que não permitem com que a luz o atravesse são chamados materiais opaco.

Figura 11 - raios não atravessam o material.

Alguns exemplos são: madeira, papelão, metais, etc.

Figura 12 - parede de madeira.

Bons Estudos!