Conceitos fundamentais de óptica
A luz é responsável pela ocorrência dos fenômenos ópticos que vamos estudar agora. Para fins didáticos, podemos dividir a Óptica em geométrica e física.
A Óptica geométrica analisa os fenômenos luminosos e suas aplicações baseando-se exclusivamente na descrição de sua propagação ao atravessar meios diferentes ou quando a luz é refletida por alguma superfície. O estudo das lentes e dos espelhos, por exemplo, é tratado nessa parte da Óptica.
A Óptica física explica os fenômenos que envolvem a interação da luz com a matéria, como a produção das fotografias, dos vídeos, das tecnologias relacionadas ao laser etc. Além disso, ela se destaca na Física como um segmento de estudo das ondas eletromagnéticas. Esse destaque é, por si só, um indicativo do papel central que a luz ocupa em nossa vida.
1. Afinal, o que é luz?
No século XVII Isaac Newton propôs uma teoria corpuscular para a luz. Para ele, a luz consistia num fluxo de minúsculas partículas que eram emitidas em ritmo contínuo pelas fontes luminosas. Elas se moviam em linha reta e em altíssima velocidade, penetravam nos materiais transparentes, saltavam como bolinhas ao chocarem-se elasticamente contra a superfície dos materiais opacos e, ao penetrarem em nossos olhos, transferiam sus energia à retina, estimulando o sentido da visão. Newton utilizando a teoria corpuscular conseguiu explicações satisfatórias para vários fenômenos ópticos que já eram conhecidos, tais como a reflexão e a refração da luz, ao considerar que a velocidade de propagação da luz na água era maior que no ar.
Mais ou menos na mesma época, Christian Huygens propôs uma teoria ondulatória, na qual a luz era uma vibração de um meio hipotético, o éter, em analogia às ondas do mar, que são uma perturbação que se propaga na superfície da água. Assim sendo, a luz seria apenas uma transferência de energia e não de matéria. A teoria ondulatória, ao contrário da corpuscular, sustentava que a velocidade da luz na água é menor que no ar.
Esse debate, entre qual das teorias iria prevalecer para explicar a natureza da luz, constitui uma das maiores e mais emocionantes batalhas científicas de todos os tempos. No entanto, essa questão foi assimilada com o desenvolvimento da Mecânica Quântica, entre 1900 e 1925. Pela nova teoria a luz tem comportamento dual ou natureza dupla, ou seja, pode se comportar ora como partícula, ora como onda, e isso é perfeitamente aceitável no modelo quântico.
2. Fontes de luz
Os objetos são vistos porque a luz se propaga em nossos olhos até atingir o cristalino, que funciona como uma lente capaz de produzir a imagem na retina. A retina possui fibras nervosas, que estão unidas formando o nervo óptico. Neste, há um composto químico capaz de converter a luz em estímulos elétricos até o cérebro. A visão é completada em nosso cérebro, que processa os estímulos elétricos e aciona outras regiões cerebrais, como a da memória. Isso nos permite reconhecer pessoas e coisas em nosso entorno. Os objetos ao nosso redor só podem ser vistos em detalhes se alguma luz partir deles, seja por emitirem luz própria ou se forem capazes de refletir a luz que neles incide. Portanto, os objetos visíveis podem ser classificados em duas categorias:
Fonte de luz primária ou corpo luminoso: aquele que emite luz própria, como o Sol, por exemplo.
Fonte de luz secundária ou corpo iluminado: aquele que reenvia a lux recebida de outros corpos luminosos, como a Lua, por exemplo, que reflete a luz recebida do Sol.
Pensando apenas nos corpos que têm luz própria, é possível classificá-los quanto às suas dimensões, considerando a distância da fonte (emissor de luz) ao observador:
Uma fonte puntiforme (ou pontual) é assim considerada quando suas dimensões são desprezíveis em relação à distância que a separa do observador. Exemplo: uma estrela, por estar muito longe, quando é vista da Terra nos parece um ponto luminoso, embora suas dimensões sejam bem grandes.
Uma fonte de luz extensa é assim classificada quando suas dimensões não podem ser desprezadas em relação à distância que a separa de um observador. Exemplo: uma lâmpada em uma sala, vista por um observador que está bem próximo, não pode ter suas dimensões desconsideradas.
A velocidade com que a luz se propaga depende do meio em que ela se encontra. No ar, por exemplo, ela viaja com uma velocidade maior do que na água. No vácuo, a luz atinge a sua máxima velocidade. O valor aceito atualmente para a velocidade da luz, no vácuo, é 299 792 458 m/s. Essa velocidade é representada pela letra c. O valor da velocidade da luz pode ser aproximado para c = 3 . 108 m/s.
Em Astronomia, utiliza-se a unidade de medida ano-luz, que representa a distância que a luz percorre no vácuo em um ano terrestre.
1 ano-luz é igual a 9,46 trilhões de quilômetros, ou seja, 9,46 . 1012 km.
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