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História da Física 2 Prof. Roberto de A. Martins A óptica física, do século XVII ao XIX - 1 http://ghtc.ifi.unicamp.br/ hf2.htm

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Page 1: Historia Optica

História da Física 2

Prof. Roberto de A. Martins

A óptica física, do século XVII ao XIX - 1

http://ghtc.ifi.unicamp.br/hf2.htm

Page 2: Historia Optica

Antigüidade

Desde a Antigüidade já se conheciam as leis da reflexão em espelhos planos e curvos (Euclides) e uma lei aproximada da refração (Ptolomeu).

Euclides

Existiam discussões sobre a natureza da luz, das cores, a causa do arco-íris e outros fenômenos.

Page 3: Historia Optica

Aristóteles

Aristóteles considerava que a luz não podia ser uma “coisa” (substância) porque a luz passa pela luz sem nenhum impedimento.

Ela seria apenas uma propriedade adquirida pelos corpos transparentes.

Aristóteles

Page 4: Historia Optica

Aristóteles

Page 5: Historia Optica

Perspectiva

As leis da perspectiva, que se baseiam na propagação retilínea da luz, foram estudadas no período medieval e aplicada ao desenho e à pintura na época do Renascimento.

Leonardo da Vinci deixou vários estudos teóricos sobre perspectiva.

da Vinci

Page 6: Historia Optica
Page 7: Historia Optica

Propriedades das lentes

Eram conhecidas várias propriedades das lentes, como sua capacidade de concentrar a luz e queimar objetos.

Page 8: Historia Optica

Idade Média

Óculos eram utilizados pelo menos desde o século XIII

Page 9: Historia Optica

Telescópio

No início do século XVII foram construídas as primeiras lunetas, na Holanda.

Galileo também construiu uma luneta,em 1609, e a utilizou para observaros astros.

Page 10: Historia Optica

Johannes Kepler

Kepler publicou duas obras sobre óptica, nas quais explicou as propriedades das lentes e lunetas, utilizando uma lei aproximada da refração e introduzindo o conceito de imagens reais e virtuais.

Page 11: Historia Optica

A óptica no século XVII

• óptica geométrica – propagação retilínea, reflexão, refração, espelhos, lentes, aparelhos

• fenômenos de cores – arco-íris, prismas e cristais, bolhas de sabão, cores produzidas em reações químicas

Os estudos do século XVII procuravam explicar os fenômenos que já eram conhecidos:

Page 12: Historia Optica

A óptica no século XVII

A invenção dos telescópios e microscópios estimulou muito o estudo da óptica, no século XVII.

Surgiram muitos trabalhos sobre a natureza da luz, como os de Descartes.

Descartes

Page 13: Historia Optica

Descartes

Segundo Descartes, as estrelas são constituídas por aglomerações de partículas muito pequenas, que se movem muito depressa, no centro de turbilhões.

A pressão exercida por essas partículas se propaga em volta e é a causa da luz.

Page 14: Historia Optica

Descartes

A visão seria produzida por essa pressão, que se propaga pelas partículas existentes em todo o espaço.

Descartes compara a visão ao modo como os cegos tomam conhecimento dos objetos, pelo tato.

Page 15: Historia Optica

Descartes

Ele comparou a propagação da luz à propagação de movimento em uma série de bolas de bilhar alinhadas: batendo na primeira, a última se move quase instantaneamente.

Page 16: Historia Optica

Descartes

Esse movimento pode passar nos dois sentidos, sem que um interfira no outro, obedecendo assim às propriedades da luz.

Page 17: Historia Optica

Descartes

A luz se propaga instantaneamente, segundo Descartes (ou MUITO rápido), caso contrário os eclipses da Lua não ocorreriam quando ela está alinhada em oposição ao Sol.

Page 18: Historia Optica

Descartes

Embora a luz não fosse um movimento propriamente dito, mas uma pressão (tendência ao movimento), Descartes explicou a reflexão e a refração utilizando analogias mecânicas.

Page 19: Historia Optica

Descartes

Descartes procurou explicar também as cores do arco-íris.

Supôs que as diferentes cores estariam associadas a rotações das partículas, com diferentes velocidades.

Page 20: Historia Optica

DescartesEstudou também as cores

produzidas por prismas e cristais.

Reconheceu que as diferentes cores sofriam refrações em direções diferentes.

No entanto, não pensou que a luz branca do Sol já contivesse todas as cores, como Newton fará depois.

Page 21: Historia Optica

A óptica no século XVIINa Inglaterra, Boyle e Hooke publicaram obras sobre

luz e cores em 1664 e 1665.

Robert Boyle

Robert Hooke

Page 22: Historia Optica

Robert Hooke

Hooke desenvolveu um novo tipo de microscópio e descreveu seus estudos na Micrographia (1665).

Robert Boyle

Page 23: Historia Optica

Robert Hooke

Hooke defendeu uma teoria de que a luz seria constituída por ondas (pulsos não periódicos)

Tentou explicar as cores produzidas nos prismas supondo que as ondas sofrem mudanças quando são refratadas e a frente de onda não é mais perpendicular à direção de propagação da luz.

Page 24: Historia Optica

Robert HookeO lado da onda que fica mais

avançado produziria a sensação de vermelho.

O outro lado produziria a sensação de azul.

Quando o feixe se afasta e amplia, o azul e o vermelho se misturam e produzem todas as cores observadas no arco-íris e nos prismas.

Page 25: Historia Optica

PrismasPara entendermos a idéia de Hooke é importante

esclarecer uma coisa sobre as cores produzidas pelos prismas.

Em sua maioria, as figuras que costumam ser utilizadas para explicar a produção de cores nos prismas são completamente erradas

Page 26: Historia Optica

Prismas

Algumas são mais erradas do que as outras...

Page 27: Historia Optica

PrismasAs cores não aparecem todas logo depois que a luz

atravessa o prisma, mas apenas a certa distância.

Page 28: Historia Optica

Prismas

Hooke estava tentando explicar aquilo que realmente é observado quando se examina a luz que sai de um prisma, perto dele.

Page 29: Historia Optica

Robert Hooke

Hooke considerou que a luz branca era simples, e que sofria mudanças ao ser refratada.

O azul e o vermelho seriam as duas cores fundamentais, e todas as outras seriam misturas delas entre si e/ou com o branco.

Page 30: Historia Optica

Newton

Quando Boyle e Hooke publicaram seus trabalhos, Newton tinha 23 anos.

Ele se interessou pelos fenômenos das cores produzidos nos prismas e em outros fenômenos descritos por Boyle.

Comprou um prisma e começou a fazer experimentos.

Newton

Page 31: Historia Optica

Newton

Notou que a mancha colorida projetada pelo prisma era alongada.

Explicou o fenômeno supondo que a luz branca do Sol era uma mistura de cores e que cada cor sofria uma refração diferente no prisma.

Page 32: Historia Optica

Newton

Newton, influenciado pela “filosofia corpuscular”, imaginou desde o início que a luz seria constituída por corpúsculos.

No entanto, seu estudo da composição da luz do Sol era independente desse tipo de hipóteses.

Page 33: Historia Optica

A óptica no século XVII

Foram também descobertos novos fenômenos ópticos que precisavam ser explicados:

• Dupla refração (Bartholinus)

• Difração (Grimaldi)• Polarização (Huygens)• Anéis de Newton

Page 34: Historia Optica

Grimaldi

O fenômeno de difração foi descoberto pelo padre jesuíta Francesco Maria Grimaldi (1618-1663), de Bolonha.

O trabalho de Grimaldi só foi publicado depois de sua morte, em 1666.

Grimaldi

Page 35: Historia Optica

Bartholinus

O dinamarquês Erasmus Bartholinus (1625-1698) foi o primeiro a descrever o fenômeno da dupla refração no “espato da Islândia” (calcita).

Ele notou que qualquer objeto observado através do cristal ficava duplo.

Bartholinus

Page 36: Historia Optica

Bartholinus

Em 1670 Bartholinus publicou suas observações e experimentos

Page 37: Historia Optica

Bartholinus

Ele notou que a luz se dividia em dois caminhos diferentes ao passar pelo cristal.

Um dos feixes obedecia às leis normais da refração.

O outro feixe não obedecia, era “anômalo”.

Page 38: Historia Optica

Dupla refração

Atualmente interpretamos a dupla refração sob o ponto de vista de dois estados de polarização da luz.

Bartholinus não deu nenhuma explicação para a dupla refração.

Page 39: Historia Optica

Grimaldi

“A luz se propaga ou difunde não apenas em linha reta, por refração e por reflexão, mas também de um quarto modo – por difração”

“Difração” = diffractio em latim, vem de dis+frangere = quebrar em partes

Page 40: Historia Optica

Difração

Grimaldi fez um furo em uma janela, pelo qual entrava a luz do Sol, produzindo um cone de luz no quarto escuro (porque o Sol não é visto como um ponto).

Colocou um papel branco no chão, para fazer observações.

Page 41: Historia Optica

Difração

Colocou então no cone de luz um pequeno objeto e notou que sua sombra era maior do que se poderia calcular supondo que a luz caminhasse em linha reta.

Page 42: Historia Optica

Difração

Além disso, observando a borda da sombra, notou faixas claras e escuras, coloridas.

Cada faixa clara era azulada de um lado (mais próximo da sombra) e avermelhada do outro (lado mais afastado da sombra).

Também notou que as faixas iam se tornando mais estreitas à medida que se afastavam da sombra.

Page 43: Historia Optica

Difração

Além disso, observando a borda da sombra, notou faixas claras e escuras, coloridas.

Cada faixa clara era azulada de um lado (mais próximo da sombra) e avermelhada do outro (lado mais afastado da sombra).

Também notou que as faixas iam se tornando mais estreitas à medida que se afastavam da sombra.

Page 44: Historia Optica

Difração

Atualmente é mais fácil observar as franjas de difração, utilizando luz monocromática, como a de um laser. Com luz branca é muito mais difícil ver as franjas.

Page 45: Historia Optica

Duas teorias conflitantes

As duas teorias mais detalhadas, propostas no final do século XVII, para explicar os fenômenos luminosos, foram as de Newton e de Huygens.

Isaaco Newtono

Como veremos, Newton procurou explicar um número de fenômenos muito maior do que a teoria de Huygens podia explicar.

Page 46: Historia Optica

FIM