1. 1
1. Histórico
2. A velocidade da luz
3. Aspectos ondulatórios da luz
O que é uma onda, ondas transversais e longitudinais
A onda eletromagnética, velocidade, comprimento de onda
O espectro eletromagnético
Difração e interferência, a aproximação da ótica geométrica
4. Refração e reflexão
Lei de Snell,
Dispersão, reflexão interna total, miragens
Princípio de Huygens & Lei de Snell
5. Polarização
6. Espalhamento
Parte I - A NATUREZA DA LUZ
2. 2
1. Histórico
Egito: espelhos de metal polidos
Grécia
estudos de Platão, Aristóteles, Demócrito e Pitágoras
Euclides, 300 AC, enunciado da Lei da Reflexão,
estudos da refração, uso de vidros queimadores
1000 DC- Alhazen
Tratado sobre espelhos esféricos e parabolicos,
descrição do olho humano
Final do século 13, tradução para o latim
Século 13- Alquimistas produzem películas finas
que podem ser depositadas sobre o vidro para
produzir espelhos
3. 3
1. Histórico
Século 17
1608- patente do telescópio solicitada por um
holândes
Galileu faz observações astronômicas com seu
próprio instrumento (luneta refratora)
Zacharias Jansen inventa o microscópio composto
Kepler (1611) – reflexão interna total, lei de refração
para pequenos ângulos
1621- Lei de Snell,
1657 – Fermat – dedução da lei de refração usando o
princípio de tempo mínimo
Francisco Grimaldi, e Robert Hook, relatos do
fenômeno de difração da luz
4. 4
1. Histórico
1672- Modelo corpuscular
“luz é constituída de um
feixe de partículas”
Usando as leis da mecânica
– refração e reflexão
Newton (1642- 1727)
5. 5
1. Histórico
Descreve a decomposição da
luz ao atravessar um prisma
(dispersão)
1630 – constrói telescópios
refletores para eliminar
aberração cromática
Newton (1642- 1727)
6. 6
1. Histórico
Modelo ondulatório
Deduz corretamente as
leis de refração e
refração
Descobre a dupla
refração na calcita
Explica outros
fenômenos óticos;
difração e interferência
que não podiam ser
explicados pelo modelo
corpuscular
Christian Huygens
(1629-1695)
7. 7
2. A natureza da luz
Difração e interferência
Thomas Young
(1773-1829)
8. 8
2. A Velocidade da Luz
Primeira estimativa – 1676 Olaf
Roemer
eclipse de Io, lua de Júpiter
Período de revolução de Io;
42,5h
Período de revolução de Jupíter
12 anos terrestres
Revolução de180o
da Terra=15o
de Jupíter
c≈ 2,1x108
m/s
9. 9
2. A Velocidade da Luz
Método de Fizeau
Mais preciso, usando uma
roda dentada
C=3,1x108
m/s
Teoria do eletromagnetismo
Previsão da existência de
ondas eletromagnéticas
Propagação no vácuo, com
velocidade igual a velocidade
da luz no vácuo
Hertz - 1887
oito anos após a morte de
Maxwell, comprovação da
existência de ondas
eletromagnéticas usando um
circuito oscilante
James Clark Maxwell
1831-1879
00
1
µε
=c
10. 10
2. A velocidade da luz
Problemas
O que é o vácuo?
Como a luz pode se propagar no vácuo?
Teoria do éter
Fluido que preenche todo o espaço “vazio” no universo
Propriedades mecânicas contraditórias
11. 11
2. A velocidade da luz
Experiência de Michelson-
Morley
A velocidade da luz não
depende do movimento
do observador?!
12. 12
2. A velocidade da luz
Mais problemas!!
e-e-
Efeito fotoelétrico
luz
Baseado no Trabalho de Planck(1900)
Einstein, 1905- luz é composta por fótons,
transportando energia E=hν
14. 14
Veleiro solar
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Nano_Sail_D.jpg
A team from the NASA Marshall Space Flight Center (Marshall), along with a team from the NASA
Ames Research Center, developed a solar sail mission called NanoSail-D which was lost in a launch
failure aboard a Falcon 1 rocket on 3 August 2008.
The NanoSail-D structure was made of aluminum and plastic, with the spacecraft massing less than
10 pounds (4.5 kg). The sail has about 100 square feet (9.3 m2) of light-catching surface.
15. 15
2. A velocidade da luz
Qual é o modelo para a luz?
Mecânica quântica- onda e partícula
Experimentalmente verificamos ora a natureza
natureza ondulatória, ora a natureza corpuscular,
mas nunca as duas simultâneamente.
Princípio da Relatividade
A velocidade da luz é constante, independente do
referencial, c=3x108
m/s.
16. 16
3 . Aspectos Ondulatórios da luz3 . Aspectos Ondulatórios da luz
19. 19
Onda transversal
Propagação de uma perturbação, sem
transporte de matéria
Na foto: a pequena bolinha presa à
mola, oscila apenas verticalmente,
enquanto a onda se propaga para a
direita.
Não há deslocamento na direção de
propagação da onda
3. Aspectos ondulatórios da luz
22. 22
Frentes de onda e raios de luz
esféricas
planas
Os raios de luz, indicados pelas setas,
são perpendiculares à superfície da
frente de onda e indicam a direção de
propagação da onda.
3. Aspectos ondulatórios da luz
25. 25
O espectro eletromagnético
f = 8,35 x 1014
Hz
λ= 3,6 x 10-7
m
f = 3,85 x 1014
Hz
λ= 7,8 x 10-7
m
3. Aspectos ondulatórios da luz
26. 26
O espectro eletromagnético
Não tem limites definidos e nem lacunas.
curtolongo
molécula de águaproteínavírusbactériacélulabola de baseball
casa
campo de
futebol
comp. de onda
(em metros)
tam. de um
comp. de onda
nome comum
da onda
fontes
freqüência
(Hz)
energia de
um fóton
(eV)
baixa alta
ondas de rádio
micro-ondas
infravermelho ultravioleta
visível
raios-x “duros”
raios-x “moles” raios gama
cavidade
rf
forno
micro-ondas pessoas lâmpadas máq. de
raios-x
elementos
radiativos
rádio FM
rádio AM
radar
ALS
27. 27
Algumas regiões conhecidas
Espectro de Radiação Eletromagnética
Região Comp. Onda
(Angstroms)
Comp. Onda
(centímetros)
Freqüência
(Hz)
Energia
(eV)
Rádio > 109
> 10 < 3 x 109
< 10-5
Micro-ondas 109
- 106
10 - 0.01 3 x 109
- 3 x 1012
10-5
- 0.01
Infra-vermelho 106
- 7000 0.01 - 7 x 10-5
3 x 1012
- 4.3 x 1014
0.01 - 2
Visível 7000 - 4000 7 x 10-5
- 4 x 10-5
4.3 x 1014
- 7.5 x 1014
2 - 3
Ultravioleta 4000 - 10 4 x 10-5
- 10-7
7.5 x 1014
- 3 x 1017
3 - 103
Raios-X 10 - 0.1 10-7
- 10-9
3 x 1017
- 3 x 1019
103
- 105
Raios Gama < 0.1 < 10-9
> 3 x 1019
> 105
29. 29
Sensibilidade do olho humano
Diferente para ambientes iluminados e não-iluminados
comprimento de onda (nm)
sensibilidaderelativa
adaptado
à luz
adaptado
ao escuro
31. 31
34.1 O Arco-íris de Maxwell
1831-1879
James Clerk Maxwell:
- raio luminoso = onda eletromagnética
- óptica (luz visível) = ramo do eletrom.
Meados do séc. XIX:
- espectro = UV-Vis + IR
Heinrich Hertz:
- gerou ondas de rádio
- velocidade = velocidade da luz visível
Heinrich Hertz
32. 32
Reflexão e Refração
Na interface entre dois meios.
raio
incidente
raio
refletido
raio
refratado
raio
incidente
raio
refletido
raio
refratado
Ar
Vidro
46. 46
Exercícios e Problemas
5. Na figura abaixo, um raio luminoso penetra em uma placa de
vidro no ponto A e sofre reflexão interna total no ponto B. Qual o
menor valor do índice de refração do vidro que é compatível com
esta situação?
vidro
Ar
A
B
45,0o
