Propagação Retilínea da Luz

O que são os princípios de interdependência e reversibilidade da luz? Qual a diferença entre sombra e penumbra? Quando ocorre o eclipse solar e lunar? E o Eclipse anular? O que é a câmara escura? O que é o ângulo visual?

Nessa aula de Física para o Enem você irá rever conceitos e consequências da propagação retilínea da luz. Revisará também os conceitos de sombra, penumbra, eclipses, câmara escura e o ângulo visual. Vai perder tudo isso? Fique comigo e mande bem no Enem e vestibular!

Propagação retilínea da luz

Para entendermos o conceito de propagação retilínea da luz, devemos encará-la apenas sob o ponto de vista da óptica geométrica. Esta linha de estudos da física leva em conta o caminho que o feixe de luz realiza.

Sendo assim, nesse aspecto a luz é analisada sob dois princípios: o da interdependência dos raios luminosos e o da reversibilidade

  • Princípio da interdependência dos raios luminosos: Quando dois ou mais raios de luz se cruzam, cada um deles segue seu trajeto como se os outros não existissem. É fácil observar isso quando vemos feixes de luz de holofotes se cruzando em um show, por exemplo.
propagação da luz holofotes
Imagem 1: Fotografia de um rio. Em cada margem há vários holofotes com uma luz branco azulada. Esses holofotes têm seus feixes de luz apontados para o centro do rio, onde acabam se cruzando. Na imagem é possível observar que, apesar de se cruzarem, seus feixes de luz continuam se propagando sem interferência.
  • Princípio da reversibilidade dos rios luminosos: O caminho seguido por um raio de luz não se altera se o sentido for invertido. É por isso, por exemplo, que se você observa uma pessoa através de um espelho, com certeza essa pessoa também pode fazer o mesmo.
reversibilidade da luz
Imagem 2: Esquema demonstrando a reversibilidade dos raios luminosos.
reflexão propagação da luz
Imagem 3: Fotografia de um macaco se observando em um espelho. O fotógrafo que tirou esta foto estava vendo a cena porque raios luminosos refletidos pelo macaco e o espelho se propagaram retilineamente até os seus olhos. Da mesma maneira, o macaco poderia ver o fotógrafo refletido no espelho. Isso porque os raios luminosos refletidos pelo fotógrafo podem seguir até o espelho pelo mesmo caminho que os raios no sentido contrário chegaram até ele. Essa é uma das maneiras pelas quais podemos perceber a reversibilidade dos raios luminosos.

 

Esses dois princípios dão origem a vários efeitos:

  • Sombra: É uma região sem luz. Essa região é produzida por um obstáculo opaco  (anteparo) que barra a propagação dos raios luminosos.
conceito de sombra
Imagem 4: Na imagem vemos um ponto F que representa uma fonte de luz. Temos também um retângulo C, representando um obstáculo que barra a passagem de luz. Por último temos A, um anteparo onde verificamos o surgimento de uma sombra S.
  • Penumbra: É a região com pouca luz.
penumbra
Imagem 5: Desenho esquemático demonstrando a formação de sombra e penumbra.

Observe que no esquema acima (imagem 6) de cada uma das extremidades da fonte extensa F, partem dois raios com trajetórias retilíneas. Esses raios atingem o anteparo C projetando sombra no anteparo P maior mais ao fundo.

A penumbra surge lateralmente em regiões com pouca luz, como pode ser visto na figura acima.

Eclipses

Os princípios da propagação da luz causam diversos fenômenos no ambiente. Um dos mais curiosos é a formação dos eclipses. Temos dois tipos de eclipses, lunar e solar.

  • Eclipse lunar:

O eclipse lunar ocorre quando a Terra fica entre o Sol e a Lua. Esse eclipse pode ser total ou parcial. Veja o esquema:

eclipse lunar
Imagem 6: Desenho esquemático de um eclipse lunar. Nele a lua está mais a esquerda. Em seguida está a Terra. A uma distância quase três vazes maior, está o Sol (mais à direita).

Na imagem acima, a) é a penumbra e b) é a sombra gerada pela Terra. Podemos observar que os raios que partem do Sol em direção à Terra são barrados pela Terra. Sendo assim, a Terra lança uma sombra sobre a Terra.

  • Eclipse solar:

O eclipse solar ocorre quando a Lua fica entre a Terra e o Sol. O eclipse solar pode ser total, parcial ou anular.

eclipse solar
Imagem 8: Desenho esquemático de um eclipse solar. Nele a lua está entre o Sol e a Terra, mais próxima dessa última.

Na imagem acima, a) é a penumbra e b) é a sombra gerada pela Lua. Observe a posição da Lua entre o Sol e a Terra faz com que ela bloqueie a passagem de luz para a Terra em um ponto. Isso lança uma sombra sobre a Terra. As pessoas que estão localizadas na área onde a sombra da Lua é lançada sobre a Terra verão um eclipse total. Já as que estão na penumbra verão um eclipse parcial.

  • Eclipse anular:

Sobre os eclipses total e o parcial você já deve ter ouvido falar, certo? Mas, já ouviu falar de eclipse anular?

O eclipse anular ocorre quando o cone de sombra da Lua não chega a atingir a Terra. Ele é visto por um observador que, situado no cone de penumbra da Lua,

Quando o cone de sombra da lua não chega a tingir a Terra, ocorre o chamado eclipse anular. Este eclipse é visto por um observador que, situado no cone de penumbra da Lua, enxerga o Sol na forma de um anel luminoso. Veja o esquema abaixo:

eclipse anular

Câmara escura

Uma das aplicações da propagação retilínea da luz é a câmara escura. Essa estrutura consiste em uma caixa de paredes opacas. Em uma dessas paredes há um pequeno orifício.

Ao colocar um objeto AB, de tamanho o, na frente da câmara, os raios de luz que partem de AB e atravessam o orifício o, determinam na parede oposta ao orifício uma figura A’ B’ semelhante ao objeto, porém invertida.

Observe abaixo a imagem da vela que se forma ao fundo da câmara.

Existem uma relação entre a altura o do objeto, a altura i da imagem, a distância p do objeto até a câmara e a distância p’ do orifício da câmara até a imagem projetada.

Essa relação é denominada equação da câmara escura.

Vamos ver um exemplo de como isso pode cair nos vestibulares e no Enem.

Um objeto de 20 cm de tamanho é colocado a uma distância de 4 m de uma câmara com um orifício cuja dimensão entre a entrada e o anteparo é de 50 cm. Qual o tamanho da imagem projetado no anteparo?

Dados:

O = 20 cm

I = ?

P = 4 m = 400 cm

P’= 50 cm

Resolução:

Substituindo na equação da câmara escura, temos:

cálculo câmara escura

Portanto o tamanho da imagem projetada é 2,5 cm

Fácil hein!

  • Ângulo visual: Imagine uma pessoa olhando um objeto. Lembre-se que enxergamos o objeto porque a luz chegou até ele e foi refletida até nossa direção, ok?

Continuando, de todos os raios de luz que partem desse objeto e chegam até os olhos da pessoa, iremos considerar apenas aqueles raios que partes das extremidades do objeto.

Esses raios formam um ângulo a, que a pessoa enxerga o objeto. Esse ângulo é denominado ângulo visual.  Vamos chamar o objeto de AB para que você entenda o esquema abaixo.

O ângulo visual depende da extensão do objeto e de sua posição em relação ao observador. Quanto maior a distância, menor o ângulo visual.

angulo visual física

Entendeu tudo? Que ótimo! Agora veja uma aula para continuar fixando o conteúdo de propagação da luz:

 

Questões

Questão 01 – (UNIRG TO/2017)    

O esquema a seguir representa um eclipse solar, no qual a Lua ao passar entre a Terra e o Sol produz regiões de umbra (cone de sombra), penumbra e antumbra. Na região da umbra, o eclipse é total (A), na região de penumbra, o eclipse é parcial (C) e na antumbra é anular (B).

exercício propagação da luz

Disponível em: <https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/
Eclipses_solares.en.png >. Acesso em 28 out. 2016. [Adaptado]

Essas regiões acontecem porque os raios que partem do Sol

a) são independentes.

b) se interferem ao passar pela Lua.

c) são reversíveis.

d) se propagam retilineamente.

Gab: D

Questão 02 – (Faculdade Guanambi BA/2017)

A imagem formada em uma câmara escura tem 5,0cm de altura quando o objeto está situado a 10,0m da parede com orifício. Para que o tamanho da imagem se reduza para 2,0cm, o objeto deverá ser afastado da posição inicial uma distância, em m, igual a

a) 35

b) 30

c) 25

d) 20

e) 15

Gab: E

Questão 03 – (PUCCAMP SP/2016)

Quando um objeto O é colocado a uma distância d de uma câmara escura, forma-se uma imagem de altura i.

O mesmo objeto é aproximado 6 m desta mesma câmara e nota-se a formação de uma imagem de altura 3 i.

O valor de d, em metros, é

a) 6.

b) 7.

c) 8.

d) 9.

e) 15.

Gab: D

Sobre o(a) autor(a):

Rodinei Pachani é mestre em Geofísica pela USP-SP, com licenciatura plena em matemática, possui pós-graduação em Gerência Financeira e especialização em Estatística Aplicada. Possui experiência de mais de 28 anos em sala de aula, tendo trabalhado com ensino médio, cursinhos e Faculdades. É autor do livro “Ciência ao alcance de todos” e possui um canal no YouTube onde realiza experimentos, explica conteúdos e resolve exercícios de física.