luz

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1. Luz e sombras

   • A formação de sombras depende de uma propriedade da luz em meios homo- gêneos: a luz se propaga em linha reta. O Sol, uma vela e uma lâmpada acesa emitem luz em todas as direções. Isso pode ser representado por uma série de linhas retas saindo da fonte de luz: são os raios de luz ou raios luminosos. Os raios indicam a trajetória da luz, e o conjunto de raios lumi- nosos emitidos pela fonte é chamado de feixe de luz.
     • A sombra se forma nos locais que não são atingidos diretamente por nenhum raio luminoso da lâmpada. A região da penumbra forma-se nos locais em que alguns raios chegam e outros são bloqueados. Por isso ela é um pouco mais clara.

2. As ondas eletromagnética

   • Ondas de rádio e micro-ondas
     • As micro-ondas têm um comprimento de onda satélite micro-ondas antenas mais curto do que o das ondas de rádio. Elas são usa- das na transmissão por satélite de te levisão e telefo- ne, nos radiotelescópios, nos radares e nos fornos de micro-ondas. Veja a figura ao lado.
     • No início do espectro, encontram-se as ondas de rádio, usadas na transmissão de rádio e televisão.
   • O infravermelho
     • Os raios infravermelhos são emitidos pelos corpos aquecidos e podem ser absorvidos, também aquecendo um objeto pelo processo de radiação térmica. Quando ficamos expostos ao sol, por exemplo, recebemos uma grande quantida- de de raios infravermelhos (infravermelho significa que a frequência dessa onda eletromagnética está “abaixo do vermelho”, ou seja, abaixo da frequência da onda que produz luz de cor vermelha).
     • Os raios infravermelhos são usados em binóculos e câmeras que permitem enxergar e fotografar à noite, em satélites de previsão do tempo (que detectam os infravermelhos emitidos pela Terra) e em controles remotos de aparelhos de televi- são e de som. São utilizados também em sensores para acender lâmpadas ou dis- parar alarmes. Os sensores detectam variações na radiação infravermelha quando uma pessoa passa por eles. O infravermelho é usado ainda para ler o código de barras na embalagem de produtos: as barras negras absorvem os raios e os espaços brancos devolvem os raios para um sensor. As informações são digitalizadas e pro- cessadas por um computador.
   • O ultravioleta
     • Acima da luz visível estão os raios ultravioleta (ultravioleta significa “acima do violeta”). Esses raios são emitidos pelo Sol e atuam na produção de vitamina D, necessária à formação dos nossos ossos. No entanto, a exposição excessiva aos raios ultravioleta aumenta os riscos de câncer de pele, além de provocar o surgimen- to de rugas e o envelhecimento precoce da pele.
   • Os raios x
     • Os raios X são muito úteis à Medicina, pois servem para detectar fraturas e problemas nos ossos e em outros órgãos do corpo. Eles são absorvidos pelos ossos, mas atravessam tecidos menos densos. En- tão, se uma parte do corpo for exposta aos raios X e estes forem captados num filme fotográfico, os ossos aparecem como regiões mais claras (que não foram atraves- sadas pelos raios) em fundo escuro (as regiões que foram atravessadas). Essa ima- gem, chamada radiografia, é usada para detectar fraturas e outros problemas. Veja as figuras da página seguinte.

3. A decomposição da luz branca

   • Quando a luz passa de um meio para outro — como ocorre quando ela sai do ar, entra no prisma e sai novamente — ela pode mudar de direção. Esse fenômeno é cha- mado de refração da luz. A luz branca é formada por uma mistura de ondas de várias frequências. Então, quando a luz do Sol ou de uma lâmpada atravessa o prisma, cada onda sofre um des- vio diferente em sua trajetória. O resultado é que as ondas se separam e as várias cores podem ser percebidas. Veja a figura ao lado. Esse conjunto de cores é chamado de espectro da luz branca e o fenômeno Decomposição da luz branca por um prisma. é chamado de dispersão da luz. Embora se fale nas sete cores do espectro (ver- melho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta), há um espectro contínuo de várias cores, com uma passagem gradual entre elas, sem uma distinção exata entre os limites de cada cor.
   • Explicando o arco-íris
     • Na formação do arco-íris, a luz é refratada ao entrar na gota de água, reflete-se e sai, sofrendo sempre um desvio na trajetória ao mudar de meio (da água para o ar). Observe na figura ao lado que o vermelho e o violeta, as duas cores na extremidade do espectro, sofrem desvios bem diferentes: o vermelho sofre um desvio menor, e o violeta, um desvio maior (as demais cores sofrem desvios intermediários). Para ver o arco-íris, é preciso estar entre o Sol e a chuva. Vemos apenas uma das cores que saem de cada gota — as outras não atingem o nosso campo de visão. Reveja a figura ao lado.

4. A reflexão da luz

   • Se você jogar uma bola de borracha bem na vertical contra um chão plano, ela voltará na mesma direção. Mas, se for lançada obliquamente, ela será refletida aproxi- madamente com o mesmo ângulo com que foi lançada. Veja a figura abaixo.
   • A imagem no espelho plano
     • Em um espelho plano, as imagens parecem estar atrás do espelho. Isso aconte- ce porque os olhos e o cérebro captam as imagens a partir dos raios luminosos que chegam até nós. Então, se prolongarmos os raios refletidos pelo espelho, veremos que tudo se passa como se esses raios tivessem partido de pontos atrás do espelho. A imagem do objeto é vista no ponto de encontro dos prolongamentos dos raios refleti- dos. Observe a figura ao lado. A imagem que parece se formar atrás do espelho, no ponto de en- contro dos prolongamentos dos raios refletidos, é chamada imagem vir- tual. A imagem projetada num anteparo não é uma imagem virtual. A imagem que vemos no cinema, por exemplo, projetada em uma tela, é chamada imagem real. Cada ponto do objeto está à mesma distância do espelho que o pon- to correspondente da imagem. Quando afastamos o objeto do espelho, a sua imagem também se afasta. Além disso, a imagem é do mesmo tama- nho que o objeto. Agora, fique em frente a um espelho plano e observe q
   • Espelhos esféricos
     • A superfície do espelho da figura abaixo não é plana: ela é curva. Nesse caso, a superfície curva e espelhada é esférica. Além disso, é uma superfície convexa, como a superfície externa de uma colher. Os espelhos convexos fornecem um campo de visão maior que os espelhos planos. Por isso são usados no retrovisor externo de veículos, nos estacionamentos, em saídas de elevador, em lojas e em outros locais que necessitem de um ângulo de visão maior. Veja a figura abaixo.

5. A refração da luz

   • Uma bola que está rolando no asfalto perde velocidade se passar a rolar na areia. Do mesmo modo, as rodinhas do carrinho da figura 1 perdem velocidade quando pas- sam da madeira do assoalho para o tapete. Se uma das rodas do carrinho chega primeiro ao tapete, ela diminui de velocida- de antes da outra. O resultado é que o carrinho muda de direção. Veja a figura 2.
     • Com a luz acontece algo semelhante. Quando um raio de luz passa do ar para a água ou do ar para um vidro ou outro meio transparente, por exemplo, ele diminui de velocidade. Se a luz incidir perpendicularmente sobre a superfície de separação dos meios, há apenas mudança de velocidade. Se incidir obliquamente, também muda de direção, como mostram as figuras ao lado. A mudança de velocidade que acontece quando a luz passa de um meio para outro é chamada refração. A refração explica vários fenômenos do cotidiano. A figura abaixo mostra uma pessoa olhando um peixe no aquário. Só que ela vê o peixe acima de onde ele realmente está. Vamos entender por quê. Observe na figura que os raios luminosos que saem do peixe, ao passarem da água para o ar, sofrem uma refração e mudam de direção. A pessoa vai observar o peixe no prolongamento dos raios que chegam até seus olhos, isto é, no prolongamento dos raios que sofreram refração. Por isso, a pessoa não está vendo o peixe onde ele realmente está, ma
   • Lentes
     • As lentes são feitas de vidro, plástico ou outros materiais transparentes e formam, por refração, imagens dos objetos. Veja nas figuras abaixo que alguns tipos de lente fazem os raios paralelos (raios que incidem paralelos ao eixo principal da lente) convergirem para um ponto depois de a atravessarem: são as chamadas lentes convergentes. As lupas e as lentes de óculos para hipermetropia (dificuldade de ver de perto) são lentes desse tipo. Nas chamadas lentes divergentes, os raios que incidem paralelos (ao eixo principal da lente) se afastam uns dos outros. As lentes de óculos para miopia (dificuldade de ver de longe) e dos olhos mágicos instalados em muitas portas são lentes divergentes.
     • As lentes possuem duas faces. Uma delas é uma superfície curva; a outra pode ser curva ou plana. As superfícies curvas são geralmente esféricas. Veja nas figuras a seguir alguns tipos de lentes esféricas convergentes e divergentes. Observe também que as lentes convergentes (quando imersas no ar) têm as extremidades mais finas que a parte central, e que as lentes divergentes têm as extremidades mais espessas que a parte central.
   • A máquina fotográfica
     • Nas máquinas fotográficas, a luz entra por uma abertura que pode ser regulada pelo diafragma. Para fotografar um objeto, aciona-se o obturador, que abre e fecha rapidamente, deixando a luz entrar por um período de tempo determinado. Com o diafragma e o obturador, controlamos a quantidade de luz que entra na máquina. Ob- serve as figuras ao lado e abaixo.
     • A objetiva é formada por um sistema de lentes que funciona como uma lente convergente. As lentes podem ser movimentadas para trás ou para a frente para co- locar em foco a imagem, que é real e invertida. Nas máquinas mais antigas há uma película (filme) com grãos de sais de prata. Nas regiões atingidas pela luz, os íons de prata transformam-se em prata metálica. Depois o filme deve ser revelado e impresso para que a imagem apareça.
   • Microscópios ópticos
     • Os microscópios ópticos fornecem imagens ampliadas de objetos pequenos, permitindo observar estruturas que são invisíveis a olho nu. São muito usados em Biologia, para observação de tecidos e células de organismos. O material a ser examinado é colocado sobre uma lâmina de vidro e coberto por outra lâmina muito fina. Pode ser necessário cortar o material em “fatias” bem finas, para permitir que a luz o atravesse. A luz emitida por uma lâmpada ou refletida por um espelho atravessa o objeto e passa pela objetiva, que é a lente convergente próxima ao objeto. A maioria dos mi- croscópios possui um conjunto de três objetivas com capacidade de aumento diferen- tes. Veja as figuras abaixo. A objetiva fornece uma imagem real e ampliada do objeto. A outra lente, a ocu- lar, que fica próxima dos olhos do observador, recebe os raios luminosos que atra- vessaram a objetiva e forma uma imagem virtual ampliada. O aumento total possi- bilitado pelo microscópio é o produto entre a capacidade de ampliaç
   • Lunetas e telescópios
     • As lunetas e os telescópios fornecem imagens aumentadas de objetos distantes. Da mesma forma que os microscópios, as lunetas astronômicas possuem siste- mas de lentes convergentes reunidos em uma objetiva e uma ocular. O que muda é a distância do foco ao centro da objetiva e o tamanho da área coletora de luz, que é muito maior nas lunetas do que nos microscópios. Observe a figura abaixo.