Por que o céu é azul?

Quando a luz passa através de um prisma, seu espectro é dividido em sete cores monocromáticas, eis que surge um arco-íris de cores. A atmosfera faz o mesmo papel do prisma, atuando onde os raios solares colidem com as moléculas de ar, água e poeira e são responsáveis pela dispersão do comprimento de onda azul da luz.

Quando percebemos a cor de um objeto, é porque ele refletiu ou dispersou, de forma difusa, o comprimento de onda associado à luz de uma determinada cor. Por exemplo, uma folha verde utiliza todas as cores do espectro para fazer a fotossíntese, exceto o verde, que é refletido. 

Devido ao seu pequeno tamanho e estrutura, as minúsculas moléculas presentes na atmosfera difundem melhor as ondas com os menores comprimentos de onda, tais como o azul e violeta.

Durante todo o dia a luz azul (menor comprimento de onda) é dispersa cerca de dez vezes mais que luz vermelha (maior comprimento de onda). 

A luz azul tem uma frequência que é muito próximo da frequência de ressonância dos átomos, ao contrário da luz vermelha, Por isso, a luz azul movimenta os elétrons nas camadas atômicas da molécula com muito mais facilidade que a vermelha. Isso provoca um ligeiro atraso na luz azul que é re-emitida em todas as direções. 

Quando o céu está com cerração, névoa ou poluição, há partículas de tamanho grande que dispersam igualmente todos os comprimentos de ondas, logo o céu tende a ficar mais branco, devido à associação das cores monocromáticas. 

No vácuo, existente fora das proximidades do planeta Terra, onde não há atmosfera, os raios do sol não são dispersos, logo eles percorrem uma linha reta do sol até o observador, por isso, os astronautas veem o céu escuro, como se fosse sempre noite.

Por que o pôr do sol e a alvorada são vermelhos? 

Quando o sol está no horizonte, a luz leva um caminho muito maior através da atmosfera para chegar aos nossos olhos do que quando está sobre nossas cabeças. A luz azul nesse caminho foi dispersa quase integralmente, a atmosfera atua como um filtro, e muito pouca luz azul chega até nossos olhos, enquanto que a luz vermelha que é apenas transmitida nos alcança mais facilmente. 

Além disso, o vermelho e o laranja tornam-se muito mais vívidos no crepúsculo quando há poeira ou fumaça no ar. Isso ocorre porque as partículas de poeira são bem maiores que as outras, presentes na atmosfera, provocando dispersão com a luz de comprimento de onda próximos, no caso o vermelho e laranja.

 

Por que as nuvens são brancas? 

Nas nuvens existem gotículas de tamanhos muito maiores que o comprimento de ondas da luz ocorrendo dispersão generalizada em todo o espectro visível e iguais quantidades de azul, verde e vermelho unem-se fazendo com que a luz branca seja dispersa.

Fonte: http://www.sofisica.com.br/conteudos/curiosidades/ceu_azul.php

Instrumentos ópticos

Os instrumentos ópticos são utilizados no nosso cotidiano e baseiam-se nos princípios da óptica para permitir, facilitar ou aperfeiçoar a visualização de determinados objetos, que vão desde seres minúsculos, como alguns tipos de bactérias, até enormes planetas e estrelas.

Existe uma infinidade de instrumentos ópticos, podemos citar: microscópio, telescópio, projetores, lupa, câmera fotográfica, óculos, lentes etc. Veja a seguir como ocorre o funcionamento de alguns dos instrumentos ópticos que são utilizados no nosso cotidiano.

O microscópio é um instrumento óptico que tem como finalidade a ampliação de objetos

O OLHO HUMANO

É formado basicamente por três partes:

Cristalino: funciona como uma lente biconvexa. Ele está situado na região anterior do globo ocular;

Retina: localizada no “fundo” do globo ocular e funciona como um anteparo sensível à luz;

Nervo óptico: parte que recebe as sensações luminosas recebidas pela retina.

Quando olhamos para um objeto, a imagem é percebida pelo cristalino, que forma uma imagem real e invertida, ou seja, de “cabeça para baixo”. Essa imagem deve ser focalizada exatamente sobre a retina para que seja enxergada nitidamente. A imagem é “enviada” para o cérebro através do nervo óptico. O cérebro, ao receber a imagem, processa sua inversão, de forma que possamos observar o objeto em sua posição real.

Se a imagem recebida pelo cristalino não se formar exatamente sobre a retina, então a pessoa não enxergará nitidamente os objetos, o que caracteriza um defeito da visão. De acordo com a posição onde a imagem é formada, podemos classificar três tipos de defeitos da visão. São eles:

Miopia: a imagem do objeto forma-se antes da retina, pois o globo ocular das pessoas que apresentam esse defeito é mais alongado. Nesse caso, a pessoa enxerga os objetos sem nitidez. Para corrigir o problema, é necessário utilizar óculos com lentes divergentes.

Hipermetropia: As pessoas com esse problema na visão apresentam o globo ocular mais curto que o normal, o que faz com que a imagem se forme atrás da retina. Esse defeito é corrigido com o uso de óculos com lentes convergentes.

Presbiopia: Chamado popularmente de “vista cansada”, é um problema que ocorre em virtude do envelhecimento natural do nosso organismo, quando o cristalino fica mais rígido e não acomoda imagens de objetos próximos. Nesse caso, a imagem forma-se atrás da retina. Esse problema também pode ser corrigido por lentes convergentes.

MÁQUINA FOTOGRÁFICA

É um instrumento óptico que projeta e armazena uma imagem sobre um anteparo e funciona de forma semelhante ao olho humano. Possui um sistema de lentes, denominado objetiva, que se comporta como uma lente convergente e forma uma imagem real e invertida do material fotografado. Para que a imagem fique nítida sobre o filme fotográfico, a câmera possui uma série de sistemas que aproximam ou afastam a objetiva, focalizando a imagem.

Se essa focalização não for bem feita, a imagem não se forma sobre o filme e, portanto, não fica nítida. Quando se aciona o botão para a foto, o diafragma da câmera é aberto, permitindo que a luz proveniente do objeto incida sobre o filme. Como o filme fotográfico é fabricado com um material sensível à luz, ele “gravará” a imagem recebida.

A LUPA

É o instrumento óptico mais simples, sendo constituída por uma lente convergente que produz uma imagem virtual e ampliada de um objeto.

Para que a imagem formada pela lupa seja nítida, é necessário que o objeto seja colocado entre o foco F e o centro óptico. Caso contrário, a imagem forma-se desfocada.

FONTE: http://www.mundoeducacao.com/fisica/os-instrumentos-opticos.htm

Espelhos

Na física, consideramos um espelho uma superfície muito lisa e com alto índice de reflexão da luz. Provavelmente foi nossa imagem na superfície da água que inspirou a construção dos primeiros espelhos, feitos de cobre e, com o tempo foram utilizados outros materiais para sua fabricação, como por exemplo, a prata.

Os espelhos e as imagens produzidas por ele sempre foram objetos de admiração do homem. Durante a Segunda Guerra Púnica, Arquimedes utilizou um grande jogo de espelhos planos, formados pelos escudos de bronze dos soldados, que refletiam a luz do Sol para um mesmo ponto de um navio, para incendiá-lo.

Há mais de mil anos, os espelhos ainda eram feitos de metal como cobre, bronze, prata, ouro e até chumbo em formato de discos planos e polidos que custavam muito caro, e também eram minúsculos por causa do peso do material.

O espelho moderno é feito por prateamento, processo que consiste pulverizar uma fina camada de prata ou alumínio nas costas da folha de vidro. Justus Von Leibig inventou o processo em 1835, mas a maioria dos espelhos é feita hoje pela evaporação do alumínio a vácuo, que em seguida se une ao vidro mais frio.

Há várias imagens que diferentes espelhos podem formar, assim antes de entendermos a formação das imagens, veremos quais são os diferentes tipos de espelhos que poderemos encontrar:

Espelho plano

Um espelho plano é uma superfície plana e muito lisa, com alto índice de reflexão da luz.

Espelho esférico convexo

Um espelho esférico convexo é um espelho que tem origem do corte de uma esfera espelhada. Sendo a parte externa da esfera espelhada.

Espelho esférico côncavo

Um espelho esférico côncavo é um espelho que tem origem do corte de uma esfera espelhada. Sendo a parte interna da esfera espelhada.

Fonte: Efeito Joule e How Stuff Works

Óptica da Visão

Na Física, o estudo do comportamento dos raios luminosos em relação ao globo ocular é conhecido como óptica da visão. Para entender a óptica da visão será necessário estudar, anteriormente, a estrutura do olho humano.

Nossos olhos são constituídos de vários meios transparentes que levam os raios luminosos até a retina (onde formam-se as imagens).

Observe a figura abaixo:

Na óptica da visão é importante entender a função das partes mais importantes na formação de imagens no globo ocular. Vamos ver estas partes e suas funções:

O cristalino funciona como uma lente convergente biconvexa.

A pupila funciona como um diafragma, controlando a quantidade de luz que penetra no olho.

Os músculos ciliares alteram a distância focal do cristalino, comprimindo-o.

A retina é a parte do olho sensível à luz. É nesta região que se formam as imagens.

Para que o olho consiga formar uma imagem com nitidez, um objeto é focalizado variando-se a forma do cristalino. Essa variação da distância focal do cristalino é feita pelos músculos ciliares, através de uma maior ou menor compressão destes sobre o cristalino. Esse processo é chamado de acomodação visual.

O sistema óptico do globo ocular forma uma imagem real e invertida no fundo do olho, mais precisamente na retina. Como esta região é sensível à luz, as informações luminosas são transformadas em sinais elétricos que escoam pelo nervo óptico até o centro da visão (região do cérebro). O cérebro trata de decodificar estes sinais elétricos e nos mostrar a imagem do objeto focalizado.

Fonte: http://www.efeitojoule.com/2009/09/optica-da-visao-fisica-optica-visao.html

A Luz e a Óptica Geométrica

A parte da Física que estuda os fenômenos relacionados à luz é chamada de Óptica. A Óptica Geométrica estuda os fenômenos que são explicados sem se preocupar com a natureza da luz. Para este estudo utilizaremos alguns conceitos básicos e princípios fundamentais que serão apresentados neste texto.

Um dos grandes nomes da Óptica é Isaac Newton, que já conhecemos um pouco quando estudamos as Leis de Newton. Mas, a óptica já interessava o homem a muito mais tempo. Em 1025, Al-Hazen, um estudioso árabe, escreveu que a visão era o resultado dos raios de luz que entravam nos nossos olhos. O que não era tão comum se dizer na época, já que, acreditava-se que os olhos emitiam raios de luz que possibilitavam a visão. Al-Hazen também estudou as propriedades das lentes e fez grandes observações nesta área.

Para o estudo da Óptica Geométrica, vamos conceituar a luz como sendo um ente físico capaz de sensibilizar os nossos olhos. Logo, é através da luz que enxergamos.

Agora vamos ver alguns conceitos básicos da Ótica Geométrica e em seguida os princípios da Óptica Geométrica.

Raio de luz

O raio de luz é um agente geométrico que representa a direção e o sentido da propagação da luz.

Pincel de luz

O pincel de luz pode ser entendido como sendo um conjunto de raios de luz.

Fonte de luz

Denomina-se fonte de luz todo corpo capaz de emitir luz.

Fonte de luz primaria

São aquelas que emitem luz própria, isto é, que produz energia luminosa. Exemplos: O Sol e as Lâmpadas incandescentes.

Fonte de luz secundária

São aquelas que emitem apenas a luz recebida de outros corpos. Estas fontes de luz apenas refletem os raios de luz provenientes de outros corpos. Exemplo: a Lua e o teclado do seu computador.

Princípios da óptica geométrica:

1) Princípio da propagação retilínea da luz: em meios homogêneos a luz se propaga em linha reta.

2) Princípio da reversibilidade dos raios de luz: a trajetória dos raios não depende do sentido de propagação.

3) Princípio da independência dos raios de luz: cada raio de luz se propaga independentemente de outro.

Com estes três princípios observamos que a luz se propaga em linha reta, que o caminho de ida de um raio de luz pode ser igual ao caminho de volta e, um raio de luz pode se cruzar com outro se haver nenhuma mudança.

Fonte: http://www.efeitojoule.com/2009/03/luz-optica-geometrica.html