O que é óptica geométrica?

Você sabe o que é óptica geométrica? A óptica geométrica é a área da Física que estuda o comportamento da luz e os fenômenos relacionados a ela. Seus estudos estão relacionados, principalmente, às formas de propagação da luz, aos tipos de meio de propagação da luz, aos tipos de fonte de emissão de luz e a alguns fenômenos luminosos, como a refração, reflexão e absorção da luz.

Leia também: Alguns conceitos básicos de óptica geométrica

Resumo sobre óptica geométrica

• A óptica geométrica é a área da Física que estuda o comportamento da luz e os fenômenos relacionados a ela.
• A óptica geométrica está fundamentada em três princípios:
  • princípio da propagação retilínea da luz;
  • princípio da reversibilidade dos raios de luz;
  • princípio da independência dos raios de luz.
• A luz é capaz de se propagar através de feixes paralelos, feixes divergentes e feixes convergentes.
• Os tipos de meios na óptica geométrica são opaco, translúcido e transparente.
• Os fenômenos ondulatórios estudados na óptica geométrica são a reflexão, refração e absorção.
• A óptica geométrica é aplicada na medicina, engenharia, Física, Química, Biologia, e tecnologia.
• As fontes de emissão de luz são primárias ou secundárias.

O que estuda a óptica geométrica?

A óptica geométrica é a área da Física que estuda o comportamento da luz e os fenômenos relacionados a ela; é considerada como um conjunto de raios que obedecem ao princípio de Fermat (que descreve o trajeto de propagação da luz). Por meio de seu estudo, é possível compreender a visão, a formação das cores e das imagens, os espelhos, as lentes e outros.

Princípios da óptica geométrica

A óptica geométrica se sustenta em três princípios:

• Princípio da propagação retilínea dos raios luminosos: considera que os raios luminosos se propagam em linha reta nos meios transparentes e homogêneos.
• Princípio da reversibilidade dos raios de luminosos: informa que os raios luminosos são reversíveis, o que significa que conseguem modificar o seu sentido de propagação sem mudar a sua direção.
• Princípio da independência dos raios luminosos: informa que a trajetória dos raios de luz não é modificada, ainda que eles atravessem outro raio de luz.

Quais são as formas de propagação da luz?

Os raios luminosos são capazes de se propagar de três formas, por feixes paralelos, feixes divergentes e feixes convergentes.

• Feixes paralelos: são aqueles pelos quais os raios luminosos se propagam paralelamente uns aos outros. Por exemplo, os holofotes.
• Feixes divergentes: são aqueles pelos quais os raios luminosos são dispersos. Por exemplo, as lâmpadas, quando acesas, divergem da luz.
• Feixes convergentes: são aqueles pelos quais os raios luminosos se direcionam a um ponto. Por exemplo, quando posicionamos uma luz sobre uma lupa, ela converge à luz de tal forma que é capaz de provocar faíscas.

Tipos de meios na óptica geométrica

Na óptica geométrica consideramos três meios de propagação da luz, que se diferem quanto a sua propagação no interior do meio, sendo eles: meios opacos, meios translúcidos e meios transparentes.

• Meios opacos: não permitem que os raios de luz os atravessem, então não conseguimos observar nada que esteja atrás deles. São exemplos: madeira, papelão e concreto.
• Meios translúcidos: por eles os raios de luz se propagam irregularmente, permitindo que observemos de forma distorcida o que está atrás deles. São exemplos: papel vegetal, papel manteiga e vidro fosco.
• Meios transparentes: por eles os raios de luz se propagam regularmente, permitindo que observemos nitidamente o que está atrás deles. São exemplos: vidro, ar e água pura.

Para saber mais detalhes sobre os meios de propagação da luz, clique aqui.

Fenômenos da óptica geométrica

Os fenômenos ondulatórios são o comportamento que uma onda exibe frente a um obstáculo. Na óptica geométrica, que tem a luz como objeto de estudo, são estudados os fenômenos da reflexão, refração e absorção.

• Reflexão: é o fenômeno ondulatório que consiste no raio luminoso, ao atingir um obstáculo, voltar até o observador. Como não ocorre mudança de meio, a velocidade de propagação da luz não se altera. Esse fenômeno possibilita que enxerguemos o nosso reflexo.
• Refração: é o fenômeno ondulatório que consiste na alteração da velocidade de propagação da luz quando ela muda de meio. Esse fenômeno permitiu o desenvolvimento das lentes e explica as distorções de posição de imagens formadas na água (dioptro plano).
• Absorção: é o fenômeno ondulatório que consiste na absorção da luz por alguns corpos, dependendo da sua cor e da onda emitida. Esse fenômeno explica por que as casas pintadas de preto são mais quentes do que as pintadas de branco.

Para saber mais detalhes sobre os fenômenos luminosos, clique aqui.

Aplicações da óptica geométrica no cotidiano

Os conhecimentos estudados na óptica geométrica são aplicados em diversas áreas, como Física, Química, medicina, engenharia, Biologia e, principalmente, na tecnologia. Abaixo listamos algumas aplicações da óptica geométrica no cotidiano:

• fabricação de lentes de óculos, câmeras;
• fabricação de espelhos e retrovisores;
• criação da câmara escura;
• tratamento da água por radiação eletromagnética;
• desenvolvimento de fibras ópticas.

Quais são os tipos de fonte de emissão de luz?

Os tipos de fonte de emissão de luz são:

• Fontes de luz primárias: produzem luz própria, como o Sol, um fósforo acesso, as estrelas.
• Fontes de luz secundárias: não produzem luz própria, apenas refletem a luz de outros corpos, como a Lua, as nuvens, os animais.

Acesse também: Qual é a trajetória do raio de luz no prisma?

Exercícios resolvidos sobre óptica geométrica

Questão 1

(Enem) No Hemisfério Sul, o solstício de verão (momento em que os raios solares incidem verticalmente sobre quem se encontra sobre o Trópico de Capricórnio) ocorre no dia 21 ou 23 de dezembro. Nessa data, o dia tem o maior período de presença de luz solar. A figura mostra a trajetória da luz solar nas proximidades do planeta Terra quando ocorre o fenômeno óptico que possibilita que o Sol seja visto por mais tempo pelo observador.

Qual é o fenômeno óptico mostrado na figura?

A) A refração da luz solar ao atravessar camadas de ar com diferentes densidades.

B) A polarização da luz solar ao incidir sobre a superfície dos oceanos.

C) A reflexão da luz solar nas camadas mais altas da ionosfera.

D) A difração da luz solar ao contornar a superfície da Terra.

E) O espalhamento da luz solar ao atravessar a atmosfera.

Resolução:

Alternativa A

O fenômeno óptico mostrado na figura é o da refração, que acontece quando a luz atravessa meios que têm diferentes densidades.

Questão 2

(PUC) Foi René Descartes, em 1637, o primeiro a discutir claramente a formação do arco-íris. Ele escreveu: “Considerando que esse arco-íris aparece não apenas no céu, mas também no ar perto de nós, sempre que haja gotas de água iluminadas pelo Sol, como podemos ver em certas fontes, eu imediatamente entendi que isso acontece devido apenas ao caminho que os raios de luz traçam nessas gotas e atingem nossos olhos. Ainda mais, sabendo que as gotas são redondas, como fora anteriormente provado e, mesmo que sejam grandes ou pequenas, a aparência do arco-íris não muda de forma nenhuma, tive a ideia de considerar uma bem grande, para que pudesse examinar melhor…”

Assinale os fenômenos ópticos responsáveis pela formação do arco-íris:

A) interferência e refração

B) reflexão e interferência

C) difração e refração

D) refração e reflexão

Resolução:

Alternativa D

O arco-íris é formado pelos fenômenos da refração da luz, quando a luz muda de velocidade ao atingir as gotículas de água, e da reflexão da luz, quando ela reflete os raios de luz até nossos olhos.

Fontes

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: ótica, relatividade e física quântica (vol. 4). 5 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2015.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Óptica e Física Moderna (vol. 4) 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.