FÍSICA - ÓPTICA GEOMÉTRICA

Óptica é a parte da Física que estuda fenômenos associados à luz. 

Divide-se em óptica geométrica e óptica física, de acordo com a forma que a luz se comporta.

Óptica é a parte da Física responsável pelo estudo dos fenômenos associados à luz.

Os fenômenos relacionados à óptica são conhecidos desde a antiguidade. Existem registros de que, em 2.283 a.C., já eram utilizados cristais de rocha para observar as estrelas. Na Idade Antiga, na Assíria, já havia a lente de cristal; e, na Grécia, utilizava-se a lente de vidro para obter fogo.

O grande salto no estudo da óptica ocorreu no século XVI. Galileu Galilei apresentou o primeiro telescópio, em 1609, e Snell Descartes chegou à Lei da refração. O trabalho mais importante dessa época foi a medição da velocidade da luz, o valor encontrado foi c = 3,08 . 10¹⁰ cm/s, obtido por Bradley, em 1728.

Outro importante nome para a evolução dos estudos sobre a Óptica foi o de Huygens, que, em 1678, apresentou a hipótese de que a luz seria uma onda. Isaac Newton também deixou suas contribuições na área, entre elas a teoria da variação do índice de refração da luz pela variação da cor, que pode ser observada na dispersão da luz ao passar por um prisma.

O fato de se considerar apenas a natureza corpuscular da luz representou um atraso nos estudos da óptica. Somente em 1801 que Young realizou a experiência da interferência da luz, explicando-a a partir da teoria ondulatória. Em seguida, por volta de 1815, Fresnell explicou a teoria da difração da luz também através da teoria ondulatória.

Outro cientista importante para o desenvolvimento dessa teoria foi Foucault, que descobriu que a velocidade da luz era maior no ar do que na água. Essa descoberta ia de encontro à teoria corpuscular, que afirmava que a velocidade da luz era maior na água que no ar. Foi de James Clerk Maxwell a principal evidência de que a luz comportava-se como uma onda eletromagnética, pois ele provou que a velocidade de propagação de uma onda eletromagnética no espaço era igual à velocidade de propagação da luz.

Essa teoria de que a luz comportava-se apenas como uma onda eletromagnética foi questionada no final do século XIX. Isso porque não era suficiente para explicar o efeito fotoelétrico. Einstein utilizou a teoria de Planck para mostrar que a luz era formada por “pequenos pacotes de energia”, os fótons. A partir dessa teoria, Arthur Compton demonstrou que quando um fóton e um elétron colidem, ambos se comportam como matéria.

A partir de então, a luz passou a ser considerada como onda e como partícula, dependendo do fenômeno estudado. Essa teoria é denominada de natureza dual da luz.

Sendo assim, os estudos da óptica são divididos em duas partes:

1. Óptica geométrica: que é a parte da óptica que estuda a propagação da luz por meio dos raios de luz. Os fenômenos que essa área abrange são: propagação retilínea da luz, reflexão e refração da luz, espelhos e lentes;
2. Óptica física: estuda o comportamento ondulatório da luz. Os fenômenos estudados por essa área são: emissão, composição, absorção, polarização, interferência e difração da luz.

A óptica é uma parte da Física que está muito presente no nosso dia a dia. Algumas de suas aplicações podem ser observadas, por exemplo:

• Em instrumentos utilizados para corrigir defeitos visuais, como os óculos e as lentes;
• Instrumentos para observação, é o caso dos microscópios, telescópios, lunetas;
• Em câmeras fotográficas, filmadoras etc.;
• Espelhos que podem ser utilizados para maquiagem ou em retrovisores.                                                                                                                                                                                                                                                                         Reflexão da Luz
• A Reflexão ocorre quando a luz que incide numa superfície é reenviada por essa superfície. Por exemplo, a luz da lanterna apresentada na imagem seguinte incide numa superfície que a reenvia - reflete:

Reflexão é um fenômeno físico no qual ocorre a mudança da direção de propagação da luz (desde que o ângulo de incidência não seja de 90°). 
Ou seja, consiste no retorno dos feixes de luz incidentes em direção à região de onde ela veio, após os mesmos entrarem em contacto com uma determinada superfície refletora.

O ar não é o único meio transparente que permite a propagação regular da luz. Ha também muitos outros, como a água, o vidro, a glicerina, o diamante etc.
 É natural que a luz se comporte de maneira diferente quando ela se propaga nesses meios, principalmente no que diz respeito à sua velocidade de propagação.
Essa mudança na trajetória da luz durante a refração é responsável por diversos fenômenos interessantes, como por exemplo, o fato de, quando olhamos para o fundo de uma piscina com água, esse fundo estar aparentemente mais próximo se comparado com a piscina vazia. Também podemos citar as lentes e os prismas, instrumentos que utilizam o fenômeno da refração.

A reflexão e a refração da luz são fenômenos ópticos relacionados com a forma como a luz se propaga. Quando a luz incide sobre uma superfície, ela pode ser refletida e refratada.

Uma piscina aparenta ser mais rasa do que é por causa da refração da luz


Podemos observar na figura que a luz incide sobre uma superfície de separação entre dois meios com um ângulo de incidência i. Uma parte dela atravessa a superfície e passa de um meio para outro, ou seja, é refratada com um ângulo de refração r, e a outra parte retorna ao meio de origem.
Quando a superfície é polida, como no caso dos espelhos, a luz é totalmente refletida, ou seja, retorna ao meio de origem. A reflexão da luz pode ser classificada de duas formas:
• Reflexão regular: se os raios de luz incidirem sobre uma superfície totalmente polida e forem refletidos todos na mesma direção e paralelos entre si, conforme mostra a figura abaixo:

Os raios de luz incidem sobre uma superfície polida e são refletidos na mesma direção
• Reflexão difusa: ocorre quando os raios de luz incidem sobre uma superfície irregular e são refletidos em várias direções distintas, como mostra a figura:

Os raios de luz incidem sobre uma superfície irregular e refletem em direções distintas
Existem duas Leis para a reflexão da luz:
• O ângulo de incidência é sempre igual ao ângulo de reflexão, αi = αr;
• O raio incidente, o raio refletido e a reta normal à superfície de separação pertencem a um só plano.
  Veja na figura abaixo como estão:

De acordo com as Leis da reflexão, os raios incidente e refletido possuem o mesmo ângulo com a normal à superfície
A refração da luz consiste na mudança da velocidade da luz ao passar de um meio para o outro. É em virtude desse fenômeno que um objeto colocado dentro de um copo aparenta estar torto ou que uma piscina parece ser mais rasa do que realmente é.
                                                                       Quando os raios de luz passam de um meio para o outro, ocorre mudança na direção e velocidade de propagação
A intensidade da refração dependerá da variação sofrida pela velocidade ao passar de um meio para outro. Para caracterizar os meios materiais, existe o índice de refração, representado pela letra “n”, sendo calculado da seguinte forma:
n = c
      v
Sendo que:
c – velocidade da luz no vácuo;
v – velocidade da luz no meio material;
n – índice de refração.
A lei básica da refração da luz, que também pode ser denominada lei de Snell, tem o seguinte enunciado:
Quando a luz passa de um meio, cujo índice de refração é n1, para outro meio, que tem índice de refração n2, temos:
n1 . Senθ₁ = n2 . Sen θ₂
Sendo que θ₁ é o ângulo de incidência, e θ₂, o ângulo de reflexão.
http://www.alunosonline.com.br/fisica/reflexao-e-refracao-da-luz.html