Luz e cor

Luz e cor

1. As fontes e os feixes de luz: corpos luminosos e iluminados

   • Fontes primárias de luz, também chamadas e corpos luminosos, são aqueles capazes de emitir luz própria. Fontes secundárias de luz, também chamada de corpos iluminados, são aqueles capazes de refletir a luz. Quando o tamanho de uma fonte é muito pequeno ela é denominada pontual. Quando o tamanho da fonte é grande ela é denominada extensa. Para representar os raios de luz, são utilizados segmentos de reta orientados, que indicam sua direção e sentido. Esses raios podem se propagar nas três dimensões. Há três tipos de feixe comuns no estudo da luz: convergente, quando os raios de luz chegam ou tendem a chegar a um mesmo ponto; divergente, aquele raios partem ou tendem a partir de um mesmo ponto; e paralelo, quando os raios de luz se propagam na mesma direção e sentido

2. Reflexão, absorção e transmissão da luz-sombra e penumbra

   • A luz pode ser absorvida, refletida ou transmitida. Classifica-se os meios de propagação da luz em: Transparente, permitem que a luz os atravesse com facilidade; Translúcido, dificultam a visualização nítida da fonte de luz, mas não bloqueiam totalmente seus raios; Opacos, impedem a propagação da luz. A reflexão especular ocorre tipicamente em superfícies lisas e polidas. Nelas, a incidência de um feixe de luz paralelo produz raios refletidos também paralelos. Reflexão nítida é típica das superfícies irregulares. Nela, um feixe de luz paralelo tem seus raios refletidos para diversas direções por causa da irregularidade da superfície. A relexão difusa é responsável por vermos o mundo ao nosso redor. As coisas podem ser vistas de muitos ângulos porque refletem difusamente a luz solar em todas essas direções.
   • Luz e sombra
     • As partes não iluminadas, as sombras, são consequência direta do fato de a luz se propagar em linha reta e não ser transmitida por corpos opacos. Outra consequência da propagação retilínea da luz é que a sombra provocada por uma fonte pontual possui o mesmo formato do objeto que a causou, sendo proporcional a ele. Em uma sombra causada por uma fonte extensa, haveria, além da sombra, uma penumbra, que é uma região parcialmente iluminada pela fonte de luz.

3. Câmara escura e máquina fotográfica pinhole

   • A câmara escura consiste em um recipiente opaco vazio com um pequeno furo feito em apenas uma de suas faces. Por esse orifício, entra apenas um estreito feixe de luz, que ilumina a face oposta. Nela há lentes que servem para desviar os raios de luz para o fundo da máquina, em que está localizado o filme fotográfico ou o sensor de imagens. Há um tipo de máquina fotográfica com a configuração exata de uma câmara escura, sem lentes, são as máquinas conhecidas como pinhole.

4. A luz e suas cores

   • Uma das mais famosas teorias sobre a luz e suas cores é a de Isaac Newton, que defendia ser a luz branca composta de sete cores: vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta. Atualmente, vigora a teoria tricromática, segundo a qual o vermelho o verde e o azul são suficientes para formar a vasta séries de cores. Objetos que refletem de maneira mais ou menos igual as diferentes frequências do espectro visível são percebidos por nós como tons de branco. Objetos que absorvem a maior parte das frequências do espectro visível são percebidos tons de preto. Quando se tem a emissão de luz de uma só cor, dizemos que essa luz é monocromática. O sistema que explica como enxergamos a cor dos objetos a partir da luz é chamado de aditivo. O nome deriva do fato de que percebemos a cor de algo com base na soma das frequências que são refletidas pelo objeto.
   • A dispersão da luz e o arco-íris
     • Dispersão é a separação das várias frequências de luz. Havendo umidade no ar e estando o Sol em determinado posicionamento em relação às gotículas de água e em relação a um observador, o resultado da dispersão pode ser visto. Isso porque as transmissões da luz de um meio para o outro são levemente diferentes para cada faixa de frequência. Isso faz que as cores vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta tenham suas direções variadas de maneira diferente na refração. O resultado é a separação visível das frequências da luz branca: um arco-íris.

5. Reflexão da luz e espelhos

   • O principio do funcionamento do espelho se deve à reflexão da luz, que ocorre em uma película composta de prata mais alumínio ou estanho, colocada atrás de uma peça de vidro. Como é bastante lisa e polida, a reflexão que ocorre nessa película é regular, o que possibilita a formação de imagens nítidas: os reflexos. A formação dessas imagens segue a duas leis de reflexão. A primeira lei da reflexão: o raio incidente (raio de luz que chega ao espelho), o raio refletido (o raio que é refletido) e a reta normal (reta imaginária perpendicular ao espelho, serve de parâmetro para a medição do ângulo de incidência e do ângulo de reflexão. Segunda lei da reflexão: o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão. Uma imagem se forma quando há o encontro de raios de luz ou do prolongamento deles. Imagem virtual é quando a imagem aparece em um ponto do espaço que não corresponde àquele para o qual os raios de luz reais estão convergindo.
   • Uma consequência das leis da reflexão é que a distância entre o objeto e o espelho é igual à distância entre a imagem e o espelho Outra consequência é que a imagem terá o mesmo tamanho do objeto, porém a direita e esquerda se invertem. No entanto, há tipos de espelhos que conjugam imagens que podem ser maiores ou menores, direitas ou invertidas. Um espelho esférico é aquele em que a camada reflexiva está depositada sobre uma calota esférica, essa camada pode estar aplicada na parte interna ou externa da calota, dando origem a dois tipos de espelhos esféricos, os convexos, que ao olhar, a pessoa vai se enxergar sempre menor e direita; e os côncavos, que deixa a pessoa menor, do mesmo tamanho ou maior dependendo da distância.

6. Refração da luz e lentes

   • Refração é a transmissão da luz de um meio para o outro, quando isso acontece a velocidade de propagação da luz se altera. Quanto maior for a diferença de velocidade entre os meios, maior será o desvio da luz. Isso pode ser medido por uma grandeza chamada índice de refração, que está relacionada com a dificuldade que a luz tem de se propagar em um meio. Quanto maior for o índice, maior será essa dificuldade e, assim, menor a velocidade. As lentes usam a refração da luz para formar imagens. Do mesmo modo que os espelhos, as lentes podem ser formadas por calotas esféricas, sendo chamadas de lentes esféricas. Os . O formato da lente é uma das coisas que define o seu comportamento, podendo ser convergentes, tem bordas mais finas que o meio, concentram raios de luz paralelos para um único ponto, chamado foco, e produz imagens como o espelho côncavo; ou divergente, tem bordas mais grossas que o meio, espalham os raios de luz a partir de um único ponto e produz um tipo de imagem.

7. O olho humano

   • A camada mais externa do olho, transparente e protetora, é a córnea. Possui a curvatura externa maior que a interna, comportando-se como uma lente convergente. Em seguida, temos no centro do olho uma parte colorida, a íris. A luz não a atravessa, mas em seu centro está a estrutura fundamental para a passagem de luz: a pupila, que pode aumentar, dilatando-se em ambientes escuros para mais raios luz atravessem, ou diminuir de tamanho, contraindo-se em ambientes claros para menos raios de luz atravessarem. Atrás da pupila encontra-se as lente. Funciona como uma lente, mas diferentemente da córnea, ela é flexível. Os músculos ciliares são capazes de comprimi-la ou distendê-la , alterando a curvatura. Modificando o foco da lente e permitindo que o olho forme imagens nítidas de objetos distantes e próximos. Depois a luz entra na parte mais interior do bulbo do olho em que há um líquido chamado humor vítreo. Em seguida a luz atinge uma superfície rugosa na parte do fundo do bulbo: a retina.
   • Na retina, há células especializadas que captam as imagens e as transformam em impulsos nervosos, transmitidos para o cérebro através do nervo óptico. A interpretação cerebral fará as imagens nos parecerem direitas e não mais invertidas. Essas células receptoras de luz são os cones e os bastonetes. As terminações nervosas dos cones se dividem em três tipos, cada uma mais sensível a uma cor (vermelho, verde ou azul), a cujo respondem mais intensamente. A luz de um objeto azul, por exemplo, estimulará mais intensamente as terminações sensíveis a essa cor, resultando em impulsos nervosos que o cérebro interpreta como azul. As demais cores são resultado da excitação diferenciada dos três tipos de cone às diferentes frequências do espectro visível e da interpretação do cérebro. Os bastonetes são mais sensíveis ao movimento e à intensidade da luz, mas são incapazes de distinguir cores. E são os principais responsáveis pela visão periférica e visão noturna.

8. Problemas de visão

   • A lente flexível do olho humano permite que vejamos imagens focadas tanto de perto quanto de longe. Quando uma pessoa com visão normal olha para o horizonte, os músculos ciliares ficam relaxados e a lente distendida, a imagem se forma focalizada sobre a retina. Conforme vai olhando para os objetos mais próximos, os músculos ciliares se contraem, encurvando a lente, até o ponto máximo, no qual a imagem ainda se projeta nítida sobre a retina. Para o olho adulto, costuma-se atribuir a distância de 25 cm para esse ponto próximo em que se enxerga com nitidez. Com o avanço da idade, os músculos ciliares perdem tônus muscular e a lente fica mais rígida. Com isso, o ponto mais próximo que o olho ainda é capaz de focalizar a imagem vai aumentando e a pessoa passa a ter dificuldade de enxergar de perto. Mas em alguns casos, dependendo do formato do olho ou da idade, esses valores próximos ou distantes que a pessoa é capaz de enxergar com nitidez podem ser modificados, dando problemas na visão.
   • Miopia
     • Dificuldade de ver de longe. Objetos distantes não têm imagens nítidas na retina do olho, mas um pouco antes. Por isso, uma das causas da miopia pode ser um alongamento do olho. Outra pode ser excesso de curvatura córnea, que converge demasiadamente os raios de luz. Para corrigir a miopia, é preciso fazer a imagem se formar mais atrás, em cima da retina. Para isso, usa-se uma lente divergente, que afasta os raios paralelos vindo do objeto distante antes de eles entrarem no olho.
   • Hipermetropia
     • Dificuldade de ver de perto. Para um hipermetrope, o ponto próximo está mais afastado do que o comum. Isso porque o olho hipermetrope forma imagens após a retina. Por isso, uma das causas desse problema pode ser o encurtamento do bulbo do olho. Outra pode ser a falta de curvatura córnea, que pouco converge os raios de luz. Parar corrigir esse problema, é preciso fazer a imagem se formar antes, para se focalizar antes da retina. Para isso, usa-se uma lente convergente, que aproxima os raios de luz antes de eles entrarem no olho. De certa forma, a lente convergente complementa o esforço dos músculos ciliares e da lente para projetar a imagem sobre a retina.
   • Astigmatismo
     • Dificuldade de ver tanto de perto quanto de longe, pois o problema é que a imagem se forma com diferentes graus de nitidez, gerando borrões. Um dos motivos é a curvatura não simétrica da córnea ou da lente. por exemplo, em vez de a córnea ser esférica, ela se assemelha a uma bola ovalada. Isso significa que há mais de um ponto focal gerado pelo sistema óptico do olho, e raios vindos de posições diferentes do objeto convergem para focos diferentes. A correção desse problema também é feita com lentes, mas não as lentes esféricas. Para corrigir os múltiplos focos, são utilizadas lentes cilíndricas. Elas modificam os focos que não estão gerando imagens sobre a retinas, sem interferir no foco que está gerando imagens nítidas.

9. Instrumentos ópticos

   • Formam imagens com base na refração da luz, às vezes associadas também a reflexão. Lupas, lunetas, telescópios, etc, são exemplos desses instrumentos. A quantidade e tipo de lentes e espelhos dependem da finalidade do instrumento, mas algo que eles tem em comum: instrumentos de aumento usam uma lente convergente. Esse é o caso com lupas, microscópios e lunetas. Uma lupa é uma lente convergente de distância focal pequena. Um microscópio típico é a associação de uma lupa com pelo menos uma segunda lente convergente, dando uma ampliação maior na imagem. Uma luneta é bem semelhante a um microscópio, pois usa pelo menos duas lentes convergentes. A diferença é que essas lentes têm suas posições e distâncias focais ajustadas para formar imagens de objetos que estão muito distantes.