Cor dos objetos, natureza das imagens e índice de refração são alguns dos conceitos estudados em Óptica que podem gerar dúvidas nos estudantes de Física.
A Óptica é o ramo da Física dedicado ao estudo de fenômenos que envolvem a luz. A formação de imagens em espelhos e lentes, a compreensão de eclipses, arco-íris e miragens são alguns dos inúmeros temas estudados por essa parte da Física.
A seguir, veja três conceitos de Óptica que podem gerar muitas dúvidas nos estudantes de Física.
1. Cor dos objetos
A cor dos objetos pode ser alterada dependendo do tipo de luz que os ilumina. Assim, o comportamento dos objetos iluminados por uma fonte de luz policromática ou luz branca será:
Objeto colorido: reflete apenas a cor da luz que o define. Objetos amarelos, por exemplo, só refletem a radiação incidente que corresponde à cor amarela. As radiações incidentes que não correspondem à cor do objeto são totalmente absorvidas.
Objeto branco: reflete todo tipo de luz incidente.
Objeto preto: absorve todo tipo de luz incidente.
Caso um objeto amarelo seja iluminado por uma luz monocromática vermelha, ele absorverá a radiação incidente e será percebido como um objeto preto. Já os corpos brancos podem apresentar-se com qualquer cor, pois refletem todo tipo de radiação incidente.
A imagem a seguir representa uma planta iluminada pela luz solar, que é policromática. As folhas são da cor verde, ou seja, refletem apenas a luz monocromática verde e absorvem as demais cores que compõem a luz branca. Da mesma forma, a flor vermelha absorve as demais radiações, refletindo apenas a luz monocromática vermelha. Caso essa planta seja iluminada por uma luz amarela, ela vai apresentar-se totalmente na cor preta, uma vez que a radiação amarela é absorvida por todos os seus elementos.
A seguir, um simulador interativo demonstra como funciona a coloração dos objetos.
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2. Imagem real e virtual
Os diferentes tipos de espelhos e lentes podem gerar imagens de duas naturezas: reais ou virtuais.
Imagens virtuais: são formadas a partir da divergência sofrida pela luz após a incidência em determinadas superfícies refletoras ou refratoras. Esse tipo de imagem jamais pode ser projetada, existe apenas “dentro” do elemento que a criou. Além disso, ela é sempre uma imagem direita, que possui a mesma orientação do objeto.
As imagens geradas pelo espelho do banheiro são virtuais
Imagem real: é formada a partir da convergência sofrida pela luz após a incidência em determinadas superfícies refletoras ou refratoras. Essa imagem pode ser projetada, ou seja, pode ser lançada sobre telas ou paredes.
O vídeo a seguir apresenta o caso específico da formação de uma imagem real:
3. O que é índice de refração?
O índice de refração é um indicativo que mostra se a velocidade da luz durante a propagação em determinado meio será muito ou pouco alterada. Essa grandeza, simbolizada por n, é definida pela razão entre a velocidade da luz no vácuo (c = 3,0 x 108 m/s) e a velocidade da luz no meio de propagação em análise (v).
n = c
v
Quando dizemos, por exemplo, que o índice de refração da água é de 1,33, significa que, ao se propagar nesse meio, a velocidade da luz será 1,33 vezes menor que sua velocidade máxima no vácuo.
A tabela a seguir apresenta o índice de refração para determinadas substâncias:
No estudo sobre ondas, vimos que a luz é uma onda eletromagnética que se propaga tanto no vácuo quanto em alguns meios materiais. Quando olhamos para um abacate, enxergamos a cor verde pelo fato de ele absorver todas as outras cores e refletir apenas o verde. Esse fato acontece com todas as cores (vermelha, amarela, azul etc.). Agora, quando um objeto possui cor branca é porque ele reflete todas as cores que incidem sobre ele.
Assim, podemos dizer que a luz proveniente do Sol, e que chega até a Terra, é uma soma de todas as cores. Conhecemos esse conjunto de cores como sendo a emissão de luz branca. Quando o Sol ou uma lâmpada incandescente (aquelas de filamento) emitem luz, dizemos que, nesse caso, é emitida a luz branca.
Por meio de uma simples experiência, podemos evidenciar que tanto a luz que vem do Sol quanto a luz emitida por uma lâmpada de filamento correspondem à soma de cores de luz. Para isso, basta que a luz incida sobre um prisma, para vermos que a luz é decomposta em diversas cores. O mesmo fato acontece na formação do arco-íris.
Esse fenômeno de decomposição da luz branca é explicado pela refração, que ocorre quando a luz toca a superfície do prisma e forma as cores de luz. Entre essas cores, destacam-se sete, as quais também compõem o arco-íris. Assim, seguindo sempre essa ordem de decomposição, são elas: vermelha, alaranjada, amarela, verde, azul, anil e violeta.
A partir da construção do disco de Newton, podemos verificar que a luz branca é um somatório das cores do arco-íris. Na figura acima, temos um exemplo de modelo desse disco. Após construí-lo, basta girá-lo rapidamente para ver que, quando em alta rotação, as diversas cores, juntas, compõem uma única cor branca.
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Classificação da luz
No estudo da luz, podemos classificá-la quanto à quantidade de cores. Dessa forma, damos o nome de luz monocromática àquela que é constituída por uma única cor, como a luz amarela, que é emitida pelo vapor de sódio contido nas lâmpadas com essa substância.
A luz policromática é constituída por duas ou mais cores, como a luz branca do Sol.
Como mencionamos, a luz decompõe-se mediante o fenômeno físico denominado refração. Portanto, cada cor decomposta possui uma velocidade de propagação diferente quando incidida no vidro.
A cor vermelha, por exemplo, é a mais desviada quando sofre refração na superfície do prisma. Em razão disso, é a luz que possui a maior velocidade de propagação. Por outro lado, a luz que menos desvia-se quando sofre refração é a violeta. Sendo assim, dizemos que ela é a luz que tem a menor velocidade de propagação entre as cores do espectro.
A velocidade da luz depende do meio em que essa onda é propagada. Assim, na refração, geralmente ocorre mudança na velocidade de propagação da luz de acordo com o meio de incidência.
Conforme determinações experimentais, a luz, representada pela letra c, propagando-se no vácuo, possui velocidade de aproximadamente:
c=3 x 108 m/s
É de suma importância lembrar ainda que a velocidade de propagação da luz em outros meios apresenta valor menor que a de propagação no vácuo.
Por Joab Silas
Graduado em Física