FGE 160 - ÓTICA

1. FGE 160 - ÓTICA Notas de aulas criadas pela Profa. Elisabeth Andreoli de Oliveira com acréscimos de Antonio Domingues dos Santos FGE 160- 2o. sem. 2007

2. Parte I - A NATUREZA DA LUZ • Histórico • A velocidade da luz • 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 • Refração e reflexão • Lei de Snell, • Dispersão, reflexão interna total, miragens • Princípio de Huygens & Lei de Snell • Polarização • Espalhamento FGE 160- 2o. sem. 2007

3. 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 FGE 160- 2o. sem. 2007

4. 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 FGE 160- 2o. sem. 2007

5. 1. Histórico 1672- Modelo corpuscular • “luz é constituída de um feixe de partículas” • Usando as leis da mecânica – refração e reflexão Newton (1642- 1727) FGE 160- 2o. sem. 2007

6. 1. Histórico • Descreve a decomposição da luz ao atravessar um prisma (dispersão) • 1630 – constrói telescópios refletores para eliminar aberração cromática Newton (1642- 1727) FGE 160- 2o. sem. 2007

7. 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) FGE 160- 2o. sem. 2007

8. 2. A natureza da luz Difração e interferência Thomas Young (1773-1829) FGE 160- 2o. sem. 2007

9. 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 FGE 160- 2o. sem. 2007

10. 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 FGE 160- 2o. sem. 2007

11. 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 FGE 160- 2o. sem. 2007

12. 2. A velocidade da luz Experiência de Michelson- Morley • A velocidade da luz não depende do movimento do observador?! FGE 160- 2o. sem. 2007

13. Efeito fotoelétrico e- e- luz 2. A velocidade da luz Mais problemas!! • Baseado no Trabalho de Planck(1900) • Einstein, 1905- luz é composta por fótons, transportando energia E=h FGE 160- 2o. sem. 2007

14. 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. FGE 160- 2o. sem. 2007

15. 3 . Aspectos Ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

16. Ondas 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

17. Onda longitudinal Onda mecânica em uma mola Onda sonora 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

18. 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 FGE 160- 2o. sem. 2007

19. Princípio de Superposição 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

20. circulares retas Frentes de onda 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

21. esféricas planas Frentes de onda e raios de luz 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 FGE 160- 2o. sem. 2007

22. Comprimento de onda  v Amplitude Onda senoidal v= f Onda eletromagnética no vácuo v=c 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

23. Onda eletromagnética 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

24. f = 3,85 x 1014 Hz = 7,8 x 10-7 m f = 8,35 x 1014 Hz = 3,6 x 10-7 m O espectro eletromagnético 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

25. Ondas de rádio FGE 160- 2o. sem. 2007

26. Ondas de rádio FGE 160- 2o. sem. 2007

27. Pressão da Radiação Eletromagnética FGE 160- 2o. sem. 2007

28. Ondas luminosas e raios X FGE 160- 2o. sem. 2007

29. laser FGE 160- 2o. sem. 2007

30. Raios X FGE 160- 2o. sem. 2007

31. <<d  d Aproximação da ótica geométrica Aberturas grandes;  d>> Não se considera a difração ! >>d Difração 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

32. Interferência 3. Aspectos ondulatórios da luz FGE 160- 2o. sem. 2007

33. Referências • www.lightandmatter.com • http://educar.sc.usp.br/otica/ • http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/CLASS/BBoard.html • R. A . Serway, Física 3 para Cientistas e Engenheiros, 3ª. Edição. Editora Livros Técnicos e Científicos, (1996). Capítulo 35 • Sears e Zemansky- Física IV- Ótica e Física Moderna, 10ª. Ed., Addison Wesley (2004). Capítulo 34 FGE 160- 2o. sem. 2007