Curso Online de Teoria Técnica de Óptica

Curso Online de Teoria Técnica de Óptica

I. Luz a) Natureza da luz b) Corpos luminosos e corpos iluminados c) Fenômenos ópticos d) Reflexão da luz - Leis da reflexão e) Refr...

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I. Luz
a) Natureza da luz
b) Corpos luminosos e corpos iluminados
c) Fenômenos ópticos
d) Reflexão da luz - Leis da reflexão
e) Refração luminosa
f) Angulo limite, reflexão total
g) Desvio angular
h) Lâmina de faces paralelas
II. Espelhos esféricos
a) Obtenção de espelhos esféricos
côncavos e convexos
b) Construção de imagens em espelhos
esféricos
c) Determinação analítica das
características das imagens
III. Lentes
a) Classificação das lentes Quanto à forma das
lentes
b) Refração em uma superfície esférica
c) Construção de imagens em lentes esféricas
d) Determinação analítica das características
das imagens
IV. Olho humano
a) Anatomia do olho humano
b) O olho como sistema óptico
c) Defeitos visuais
V. Instrumentos ópticos
a) Instrumentos de projeção
b) Instrumentos de observação
VI. Aberrações
a) Aberração cromática
b) Aberrações Geométricas
VII. Radiometria e Fotometria
a) Leitura Complementar

José Vieira Cabral Nasceu no dia 25 de agosto de 1.960 em Xambrê, Paraná, viveu ali até os seus oito anos de idade e depois os seus pais se mudaram para Maringá no mesmo Estado. E aos 19 anos mudou-se para São Caetano do Sul, Região do Grande ABC, São Paulo, onde permanece até o presente momento. O Autor/produtor foi comerciante a maior parte de sua vida, mas também trabalhou como empregado em algumas Empresas: Foi Administrativo e Encarregado de obras Civis, tendo como formação (Mestria em Construção Civil) e, mais de 100 Cursos de diversas áreas. Como Escritor e pesquisador escreveu diversas Obras Literárias e Didáticas: É fundador da Livraria e Editora Virtual Cabral Veríssimo (seu nome artístico) e pertencente ao Clube de autores. O seu Site:(ciacabralverissimo.loja2.com.br), onde produz os seus Livros e Cursos online para a plataforma da (www.buzzero.com/autores/jose-cabral).



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  • a) Natureza da luz - Teoria corpuscular da luz
    Em 1672, o físico inglês Isaac Newton apresentou uma teoria conhecida como
    modelo corpuscular da luz. Nesta teoria a luz era considerada como um feixe de partículas emitidas por uma fonte de luz que atingia o olho estimulando a visão. Esta teoria conseguia explicar muito bem alguns fenômenos de propagação da luz como a reflexão e a refração.
    Teoria ondulatória da luz
    Cristian Huygens, em 1670, mostrou que as leis de reflexão e refração podiam ser explicadas por uma teoria ondulatória, mas esta teoria não foi imediatamente aceita.
    Somente no século XVIII as experiências de Thomas Young e Augustin Fresnel, sobre interferência, e as medidas da velocidade da luz em líquidos, realizadas pelo cientista francês L. Foucault, demonstraram a existência de fenômenos óticos nos quais a teoria corpuscular não se aplicava, mas sim uma teoria ondulatória. Young conseguiu medir o comprimento de uma onda, e Fresnel mostrou que a propagação retilínea da luz e os efeitos de difração, são explicados considerando a luz como onda.

  • No século XIX, o cientista francês L. Foucault, medindo a velocidade da luz em
    diferentes meios (ar/água), verificou que a velocidade da luz era maior no ar do que na
    água, contradizendo a teoria corpuscular que considerava que a velocidade da luz na água
    deveria ser maior que no ar (Newton não tinha condições, na época, de medir a velocidade
    da luz).
    Na segunda metade do século XIX, James Clerk Maxwell , através da sua teoria de
    ondas eletromagnéticas, provou que a velocidade com que a onda eletromagnética se
    propagava no espaço era igual à velocidade da luz, cujo valor é, aproximadamente:
    c = 3 x 10 8 m/s = 300 000 km/s.
    Maxwell estabeleceu teoricamente que:
    A luz é uma modalidade de energia radiante que se propaga através de ondas
    eletromagnéticas.
    Hertz, 15 anos após a descoberta de Maxwell, comprovou experimentalmente a
    teoria ondulatória, usando um circuito oscilante.
    Características de uma onda: comprimento de onda (l) e frequência (f).
    A velocidade da onda é dada pelo produto do comprimento de onda, pela
    frequência, f, ou seja, este produto é constante para cada meio:
    V = l * f ( 1)

  • b) Corpos luminosos e corpos iluminados

    O Sol, as estrelas, uma lâmpada ou uma vela, acesas, são objetos que emitem luz
    própria, isto é, produzida por si próprios. São corpos luminosos. A maioria dos corpos que nos cercam, porém, envia luz somente depois de a receberem de algum corpo luminoso.
    São os chamados corpos iluminados: A mesa, o livro ou a poltrona são corpos iluminados porque refletem a luz emitida por corpos luminosos.
    A Lua fica visível ao anoitecer porque reflete a luz do Sol. Conforme a quantidade de luz que deixam passar e a propagação, os meios classificam-se em: transparentes, translúcidos e opacos.
    - Meios transparentes (fig.1.4a): são os que deixam passar a luz em trajetórias
    regulares e nos permitem observar perfeitamente os objetos através deles, como a água, o ar ou o vidro comum.
    - Meios translúcidos (fig.1.4b): são os que deixam passar a luz em trajetórias
    irregulares que nos permitem observar somente o contorno dos objetos através de si, como o vidro esmerilhado ou o papel vegetal.
    Meios opacos (fig.1.4c): : são aqueles que não permitem a passagem da luz.
    É o caso, entre outros, da madeira, do chumbo ou do ferro.

  • O feixe refletido no espelho atinge o globo ocular de um observador (fig.1.10). Para
    este, o feixe parece originar-se em P´. O observador vê P´.
    O ponto P´ definido pela interseção de raios emergentes do espelho é denominado
    ponto-imagem virtual, em relação ao espelho. O ponto P definido pela interseção de raios incidentes sobre o espelho é denominado ponto-objeto real, em relação ao espelho.
    De modo geral:
    Ponto real: Interseção efetiva de raios luminosos
    Ponto virtual: Interseção de prolongamentos de raios luminosos
    Translação de espelho plano
    Consideremos um espelho plano numa posição E1 diante do qual há um ponto
    objeto P, conforme ilustramos na fig.1.11.
    Mantendo-se fixo o ponto objeto P translademos o espelho até que ele atinja uma
    nova posição E2. Indiquemos por dE = E1E2 o deslocamento experimentado pelo espelho.
    Obviamente, a imagem, inicialmente numa posição P1, sofrerá também um
    deslocamento translatório dI, no mesmo sentido que o do espelho, e atingirá uma nova posição P2, de modo que dI = P1P2.
    Calculemos, então, em função de dE o valor do deslocamento dI da imagem.

  • Para um dado ponto objeto fixo, o deslocamento da imagem conjugada por um espelho plano em translação é o dobro do deslocamento de espelho e se efetua no mesmo sentido deste.
    Rotação de espelho plano Seja dado um espelho plano numa posição E1, no qual incide um raio de luz, de direção r fixa, conforme indicamos na fig. 1.12.
    O plano de incidência é definido por r e pela normal N1 no ponto de incidência I1.
    Sempre supondo que r permaneça fixo, consideremos a rotação do espelho em torno de um eixo (T), perpendicular ao plano de incidência (r,N1). O espelho, após girar do ângulo aE, [aE = E1TE2] ocupará a posição E2.
    É fácil observar que o raio refletido r1 também sofrerá um giro caracterizado pelo ângulo br. Procuremos, então, o valor de br. , supondo conhecido o valor de aE.

  • Observar-se que bn = aE já que esses ângulos possuem lados respectivamente perpendiculares. Observemos, também, que os giros definidos por aE, br e bn têm todos o mesmo sentido de rotação horário.
    Observando o triângulo 0I1I2, vemos que o ângulo 2q2 é externo a este triângulo, valendo, então a soma dos internos não adjacentes:
    2q2 = 2q1 + br e, portanto: br = 2q2 - 2q1 = 2(q2 - q1) ... ( 17)
    Se atentarmos para o triângulo NI1I2 , veremos que o ângulo q2 é externo a este triângulo, valendo então, a soma dos internos não adjacentes:
    q2 = q1 + bn ou bn = q2 - q1 ... ( 18)
    substituindo (equação 15) em (equação 16) obtém-se:
    br = 2. bn ou br = 2. aE ( 19)
    Para um raio incidente fixo, o ângulo de giro do raio refletido é o dobro do
    ângulo de giro do espelho e se verifica no mesmo sentido deste.

  • Fibras Ópticas - Uma Fibra Ótica é um capilar formado por materiais cristalinos e homogêneos, transparentes o bastante para guiar um feixe de luz (visível ou infravermelho) através de um trajeto qualquer. Uma fibra ótica é constituída de material dielétrico, plástico ou de vidro, em forma cilíndrica, transparente e flexível, de dimensões microscópicas comparáveis às de um fio de cabelo. A estrutura básica desses capilares são cilindros concêntricos com determinadas espessuras e com índices de refração tais que permitam o fenômeno da reflexão interna total. O centro (miolo) da fibra é chamado de núcleo e a região externa é chamada de casca. Para que ocorra o fenômeno citado é necessário que o índice de refração do núcleo seja maior que o índice de refração da casca.
    O mecanismo básico de transmissão da luz ao longo da fibra consiste, em termos da óptica geométrica. A diferença do índice de refração do núcleo com relação à casca é representada pelo perfil de índices da fibra óptica. Essa diferença pode ser conseguida usando-se materiais dielétricos distintos (por exemplo, sílica-plástico, diferentes plásticos, etc.) ou através de dopagens convenientes de materiais semicondutores (por exemplo, GeO , P O , B O , F etc.) na sílica (SiO).

  • A variação de índices de refração pode ser feita de modo gradual ou descontínuo, originando diferentes formatos de perfil de índices.
    As alternativas quanto ao tipo de material e ao perfil de índices de refração implicam a existência de diferentes tipos de fibras ópticas com características de transmissão, e, portanto, aplicações, distintas. Por exemplo, a capacidade de transmissão, expressa em termos de banda passante, depende essencialmente (além do seu comprimento) da geometria e do perfil de índices da fibra óptica. O tipo de material utilizado, por sua vez, é determinante quanto às frequências ópticas suportadas e aos níveis de atenuação correspondente.
    As características mecânicas das fibras ópticas expressam em termos de resistência e flexibilidade, dependem do material dielétrico utilizado e da qualidade dos processos de fabricação. Embora mais resistentes que fios de aço de mesmas dimensões, as fibras ópticas costumam ter a sua estrutura básica protegida das perturbações mecânicas ou ambientais por encapsulamentos ou revestimentos diversos.

  • Tipos de fibra
    As fibras ópticas costumam ser classificadas a partir de suas características básicas
    de transmissão e nas facilidades operacionais em termos de conexões e acoplamento com
    fontes e detectores luminosos. É possível adotar classificações específicas, como:
    · Composição material: fibras com o par núcleo-casca do tipo sílica-sílica, sílica plástico
    ou plástico-plástico tem propriedades distintas quanto às facilidades operacionais
    e de fabricação, às perdas de transmissão, à tolerância a temperaturas etc.,
    · Frequências ópticas de atuação: esta classificação, que inclui, por exemplo, as
    fibras no infravermelho e as fibras no ultravioleta, refletem o desenvolvimento de fibras
    ópticas para operar fora da faixa típica (0,7 a 1,6mm) atual em comunicações.
    · Geometria ou sensibilidade à polarização: além da seção circular típica, as fibras
    monomodo podem ter um núcleo de seção elíptica com implicações importantes quanto à filtragem e manutenção de polarização.
    Os Principais tipos são:
    - Fibra de Índice Degrau (Step Index);
    - Fibra de Índice Gradual (Graded Index);
    - Fibra Monomodo

  • De uma forma geral temos:
    - Raios de curvatura e distâncias focais de espelho côncavo são positivos e de espelhos convexos negativos.
    - Distâncias de objetos e imagens reais são positivas e de objetos e imagens virtuais negativas.
    - Imagem direita é positiva e invertida negativa.

    Resumo dos Capítulos 1 e 2
    Um meio óptico, conforme permita a propagação da luz com maior ou menor facilidade, é classificado por meio transparente, meio translúcido ou meio opaco.
    Os princípios da óptica geométrica são três: 1° principio de propagação retilínea da luz; 2° principio da reversibilidade; 3° princípio da independência dos raios luminosos.
    Reflexão é o fenômeno no qual a luz, ao incidir numa superfície, retorna ao meio em que estava se propagando. Na reflexão regular a luz ao retornar ao meio de origem mantém o paralelismo de seus raios; já na reflexão difusa não ocorre o paralelismo dos raios refletidos que por sua vez se espalham em todas as direções.

  • Observe que as lentes são denominadas côncavas ou convexas, conforme se
    apresentam para o observador. A denominação de uma lente é realizada, indicando em primeiro lugar a natureza da face menos curva, ou seja, aquela que se apresenta com maior raio de curvatura. Por exemplo, na lente côncavo - convexa, a face côncava apresenta maior raio de curvatura (fig. 3.1).
    Quanto ao comportamento ótico:
    As lentes podem ser convergentes ou divergentes, quanto ao comportamento ótico.
    -Lente convergente / focos
    Quando um feixe de raios paralelos ao eixo principal, incide sobre uma lente
    convergente, emerge convergindo os raios de luz para um ponto denominado foco imagem F' (fig. 3.2a).


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  • I. Luz
  • a) Natureza da luz
  • b) Corpos luminosos e corpos iluminados
  • c) Fenômenos ópticos
  • d) Reflexão da luz - Leis da reflexão
  • e) Refração luminosa
  • f) Angulo limite, reflexão total
  • g) Desvio angular
  • h) Lâmina de faces paralelas
  • II. Espelhos esféricos
  • a) Obtenção de espelhos esféricos
  • côncavos e convexos
  • b) Construção de imagens em espelhos
  • esféricos
  • c) Determinação analítica das
  • características das imagens
  • III. Lentes
  • a) Classificação das lentes Quanto à forma das
  • lentes
  • b) Refração em uma superfície esférica
  • c) Construção de imagens em lentes esféricas
  • d) Determinação analítica das características
  • das imagens
  • IV. Olho humano
  • a) Anatomia do olho humano
  • b) O olho como sistema óptico
  • c) Defeitos visuais
  • V. Instrumentos ópticos
  • a) Instrumentos de projeção
  • b) Instrumentos de observação
  • VI. Aberrações
  • a) Aberração cromática
  • b) Aberrações Geométricas
  • VII. Radiometria e Fotometria
  • a)Leitura/Complement