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Ótica.

A ótíca é o ramo da física que estuda as propriedades da luz, a pequena parte do espectro eletromagnético que pode ser detectada pelo olho humano.

O comprimento de onda da luz visível estende-se de 700 nanômetros (nm; 1 nm = 10^-9 m), na região vermelha, até 400 nm, na região violeta.

Um feixe de luz pode ser considerado como sendo formado por muitos raios que se afastam da fonte geradora.

Em simplificações geométricas, são representados como linhas retas, a luz se propaga em linha reta, a menos que seja refletida por um espelho ou refratada (curvada) por uma lente ou prisma.

Fontes pontuais de luz emitem raios em todas as direções.

A frente de onda geométrica de uma fonte pontual isolada no vácuo consiste numa esfera.

A variação da velocidade da luz nos diferentes materiais deve ser levada em consideração.

No vácuo, sua velocidade (assim como a de outras ondas eletromagnéticas) é de 3 X 10⁸ m/s (300.000 km/s), mas em outros meios é menor.

As ondas luminosas possuem campos transversais magnéticos e elétricos.

Reflexão Interna Total.

A luz é refletida e refratada da mesma forma que outras ondas.

Ao se propagar de um meio para outro de menor densidade, seu trajeto sofre um desvio em relação à normal, perpendicular à interface no ponto de incidência.

Isso significa que o ângulo de refração (r) é maior que o de incidência (i).

Se o ângulo de refração for inferior a 90°, parte da luz incidente será refratada e parte será refletida.

Quanto maior o ângulo de incidência, maior ainda é o de refração.

O ângulo de incidência pode ser aumentado até um valor a partir do qual o raio desaparece e toda a luz passa a ser refletida, fenômeno conhecido como reflexão interna total.

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Prismas.

A luz branca é, na verdade, uma mistura de luzes coloridas monocromáticas, do vermelho ao violeta, cada qual com sua própria frequência e comprimento de onda.

O que pode ser demonstrado ao incidir um feixe de luz branca através de um prisma, um bloco de vidro de seção transversal triangular.

Como o índice de refração do vidro ótico não é o mesmo para todas as frequências de luz, cada uma deixa o prisma com um ângulo de refração diferente, dando origem ao efeito arco-íris.

Denomina-se o conjunto das cores individuais de espectro do feixe original e o efeito do prisma sobre a luz, de dispersão.

Lentes.

Lentes são materiais transparentes cortados em formas geométricas simples.

Normalmente, pelo menos uma de suas superfícies é esférica, sendo que, em geral, as duas o são.

A lente produz a imagem de um objeto ao refratar os raios de luz dele provenientes.

Alguns raios refratam-se mais do que outros, dependendo de como chegam à superfície da lente.

A lente afeta a velocidade dos raios, sendo seu material mais denso que o ar, a luz atravessa a lente com velocidade menor.

Assim, a frente de onda geométrica em expansão gerada pelo objeto transforma-se de modo a, no caso de lentes convexas ou convergentes, convergir para um ponto situado atrás da lente.

Se o objeto estiver muito distante, numa distância infinita, embora, para fins práticos, as estrelas sejam excelentes aproximações, este ponto é chamado de ponto focal posterior ou foco principal da lente.

É importante notar que as lentes possuem dois focos principais, um em cada um de seus lados.

A distância entre o centro ótico da lente e seu foco principal chama-se distância focal (f).

Quando uma fonte pontual de luz é colocada no foco principal de uma lente convexa, os raios de luz são refratados, formando um feixe paralelo.

Devido aos efeitos da dispersão, a luz vermelha e a azul provenientes do objeto são focalizadas em distâncias diferentes em relação à lente.

Uma comprovação deste fato são as franjas coloridas que aparecem em lentes de aumento simples pequenas.

Tais franjas são inaceitáveis em lentes de máquinas fotográficas.

Lentes fabricadas com dois tipos diferentes de vidro (acromáticas), podem fazer com que as duas cores recaiam exatamente sobre o mesmo foco, provocando apenas ligeiras variações nas outras frequências.

As constituídas de elementos únicos só são usadas para aplicações simples.

As destinadas a máquinas fotográficas, binóculos, telescópios e microscópios são feitas com elementos múltiplos de diferentes curvaturas, e empregam vidros de índices de refração e dispersão diferentes.

Estes elementos adicionais reduzem em grande parte as falhas ou aberrações das lentes.

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Espelhos.

Espelhos são elementos de reflexão ótica.

Os planos são usados para desviar os feixes de luz sem dispersão ou para reverter ou inverter imagens.

Já os curvos, que geralmente têm superfícies esféricas ou parabólicas, formam imagens e são usados em sistemas de iluminação, como faróis de automóveis.

Os espelhos podem ser revestidos com metais como alumínio ou prata, com alta refletância para a luz visível (ou com ouro, no caso de luz infravermelha).

Podem, ainda, ser revestidos com várias camadas finas de materiais não-metálicos de refletâncias muito altas para faixas mais restritas de frequências.

Quando seu revestimento de alumínio é novo, é capaz de refletir cerca de 90% da luz visível.

Espelhos especiais, como os usados em lasers, refletem mais de 99,7% da luz de uma determinada frequência.

Os espelhos não provocam aberrações cromáticas em sistemas óticos.

Além disso, os de diâmetro grande são mais leves que lentes de vidro de tamanho equivalente, sendo empregados como refletores primários de telescópios astronômicos de grande porte.

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Microscópio.

O microscópio é um dispositivo capaz de tomar visíveis objetos de dimensões muito pequenas.

Acredita-se que tenha sido inventado em 1609 pelo holandês Zacharias Janssen (1580-1638), fabricante de óculos.

É, em sua essência, um aperfeiçoamento de lentes de aumento simples.

Sua objetiva, lente de distância focal curta, é usada para formar uma imagem altamente ampliada de objetos pequenos colocados perto de seu ponto focal.

O objeto pode ser visto diretamente por meio de outra lente (ocular), ser registrado diretamente sobre chapa fotogrática ou observado através de câmera de vídeo.

Telescópio.

O telescópio serve para ampliar imagens de objetos infinitamente distantes, que passam a ser enxergadas pelo observador por meio de uma ocular.

O termo "infinito" é usado de forma relativa neste contexto.

Comparada ao comprimento do telescópio, a distância do objeto pode ser considerada como infinita.

Muitos deles são feitos com espelhos de reflexão em vez de lentes de vidro, que podem provocar distorções na imagem devido ao peso.

O espelho primário consiste, em geral, numa grande parabolóide côncava.

Fibras Óticas.

A luz pode ser transmitida por grandes distâncias por meio de fibras de vidro flexíveis.

Com menos de 1 mm de diâmetro, podem ser usadas individualmente ou em feixes.

Cada fibra consiste num pequeno núcleo, envolvido por uma camada de vidro "blindado" de índice de refração ligeiramente inferior.

Alguns raios sofrem reflexão interna total e este fato, associado à baixíssima absorção dos modernos vidros de sílica, permite que a luz se propague por longas distâncias com pouca redução de intensidade.

Fibras óticas constituem a base da endoscopia, técnica de diagnóstico médico na qual fibras finas são introduzidas no corpo do paciente, permitindo enxergar o que se passa em seu interior.

São também intensamente usadas nas telecomunicações, pois a luz é capaz de transportar uma quantidade maior de sinais digitais através dos cabos de fibra ótica com menor perda de intensidade que os transportados por cabos de cobre.

Laser.

O termo laser provém do nome técnico do processo que o origina, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplificação da luz por emissão estimulada de radiação).

Emissão estimulada é a emissão de fótons (partículas de luz).

Quando um material amplificador, como um gás, cristal ou líquido, é colocado entre espelhos apropriados, fótons da feixe de luz passam repetidamente por ele, estimulando outros fótons e aumentando, assim, seu número a cada passagem.

Os fótons adicionais têm todos a mesma frequência, fase e direção.

Um dos espelhos é feito de modo a permitir a passagem de pequena quantidade de luz através dele.

Trata-se do feixe de laser externo, que pode ser contínuo ou intermitente.

Este feixe pode ser focalizado sobre áreas muito pequenas e, com isso, sua intensidade, proporção entre sua energia e a área em que se concentra, atinge valores muito altos.

Alguns tipos de laser podem queimar através de placas espessas de metal.

Os lasers possuem ampla variedade de usos, como em sondagens, comunicações e cirurgias oculares.

Holograma.

O holograma é uma imagem "tridimensional" ou estereoscópica formada por dois feixes de luz.

A holografia difere da fotografia convencional pelo fato de que nela tanto o amplitude da luz quanto sua fase (medida da distância relativa que a luz percorre a partir do abjeto) são registradas sobre chapa fatográfica.

Possui muitas aplicações científicas além de ser usada, atualmente, nos cartões de crédito.

Gravação de Um Holograma.

Quando feixes de luz de fontes como o laser se sobrepõem, formam franjas de interferência devido à natureza da onda de luz.

Um holograma é produzido pela gravação de franjas provenientes da interferência de dois feixes de luz laser.

O feixe de referência incide diretamente sobre o filme, enquanto o feixe do objeto é refletido a partir do objeto.

Repetição do Holograma.

Quando o holograma é reativado, fazendo-se incidir um feixe de luz laser sobre ele, a luz é difratada de tal maneira que parece vir da posição do objeto original.

A imagem pode ser vista de diversos ângulos e consiste numa verdadeira reconstrução tridimensional do objeto.

Microscópio Rudimentar.

Um pequeno objeto colocada próximo ao ponto focal frontal da objetiva é enormemente ampliado.

O olho vê a imagem intermediária no infinito através da ocular.

Telescópio Astronômico.

Ele aumenta o desvio angular dos raios luminosos de objetos infinitamente distantes, como as estrelas.

O observador tem a impressão de que a estrela se encontra muito mais próxima dele.

Arco Íris.

Um arco íris é produzido quando a luz branca, irradiada por trás do observador, é dispersada pelas gotas esféricas de chuva em suas cores.

As cores do arco íris são vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta.

No arco-íris duplo, as cores do arco extemo são invertidos.

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