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FGE 160- 2o. sem. 2007 1
FGE 160 - ÓTICA
Notas de aulas criadas pela Profa. Elisabeth Andreoli de Oliveiracom acréscimos de Antonio Domingues dos Santos
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FGE 160- 2o. sem. 2007 2
1. Histórico2. A velocidade da luz3. 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. Polarização6. Espalhamento
Parte I - A NATUREZA DA LUZ
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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
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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
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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)
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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)
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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)
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FGE 160- 2o. sem. 2007 8
2. A natureza da luz
Difração e interferência
Thomas Young
(1773-1829)
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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
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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
c
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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
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2. A velocidade da luz
Experiência de Michelson- Morley A velocidade da luz não
depende do movimento do observador?!
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FGE 160- 2o. sem. 2007 13
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=h
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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.
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3 . Aspectos Ondulatórios da luz3 . Aspectos Ondulatórios da luz
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Ondas
3. Aspectos ondulatórios da luz
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FGE 160- 2o. sem. 2007 17
Onda longitudinal
Onda sonora
Onda mecânica em uma mola
3. Aspectos ondulatórios da luz
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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
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FGE 160- 2o. sem. 2007 19
Princípio de Superposição
3. Aspectos ondulatórios da luz
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FGE 160- 2o. sem. 2007 20
Frentes de onda
circulares
retas
3. Aspectos ondulatórios da luz
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FGE 160- 2o. sem. 2007 21
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
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FGE 160- 2o. sem. 2007 22
Onda senoidal
v= f
00
1
c
Amplitude
Comprimento de onda
v
Onda eletromagnética no vácuo
v=c
3. Aspectos ondulatórios da luz
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FGE 160- 2o. sem. 2007 23
Onda eletromagnética
3. Aspectos ondulatórios da luz
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FGE 160- 2o. sem. 2007 24
O espectro eletromagnético
f = 8,35 x 1014 Hz = 3,6 x 10-7 m
f = 3,85 x 1014 Hz
= 7,8 x 10-7 m
3. Aspectos ondulatórios da luz
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FGE 160- 2o. sem. 2007 25
Ondas de rádio
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FGE 160- 2o. sem. 2007 26
Ondas de rádio
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FGE 160- 2o. sem. 2007 27
Pressão da Radiação Eletromagnética
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FGE 160- 2o. sem. 2007 28
Ondas luminosas e raios X
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FGE 160- 2o. sem. 2007 29
laser
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FGE 160- 2o. sem. 2007 30
Raios X
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FGE 160- 2o. sem. 2007 31
Difração
<<d d
>>d
Aproximação da ótica geométrica
Aberturas grandes; d>>
Não se considera a difração !
3. Aspectos ondulatórios da luz
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FGE 160- 2o. sem. 2007 32
Interferência
3. Aspectos ondulatórios da luz
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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