Características da propagação retilínea da luz
Entenda como ocorre a propagação da luz, o que são os princípios de interdependência e reversibilidade da luz e qual a diferença entre sombra e penumbra!
Nessa aula de Física para o Enem você irá rever os conceitos sobre a propagação retilínea da luz. Revisará também os conceitos de sombra, penumbra, eclipses, câmara escura e o ângulo visual.
Propagação retilínea da luz
Para entender o conceito de propagação retilínea da luz, você deve 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.
A Propagação Retilínea da Luz
Entenda agora com o professor Diego Fernando, docanal do Curso Enem Gratuito, os princípios fundamentais da Propagação Retilínea da Luz:
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.
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.
Observe a fotografia abaixo, por exemplo. 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, como a sombra e a penumbra.
Sombra
É uma região sem luz. Essa região é produzida por um obstáculo opaco (anteparo) que barra a propagação dos raios luminosos.
Penumbra
A penumbra é a região com pouca luz.
Observe que no esquema acima que 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:
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.
Na imagem acima, a) é a penumbra e b) é a sombra gerada pela Lua. Observe que 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 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:
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.
b
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:
Portanto, o tamanho da imagem projetada é 2,5 cm.
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.
Videoaula sobre propagação da luz
Entendeu tudo? Que ótimo! Agora veja uma aula para continuar fixando o conteúdo de propagação da luz:
Exercícios sobre propagação da luz
1- (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).
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.
2- (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
- 35
- 30
- 25
- 20
- 15
3- (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.
GABARITO:
- D
- 05
- D
Sobre o(a) autor(a):
Rodinei Pachani - 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.
