E1 Propagação de luz e óptica geométrica básica

Tópico

A luz emitida por um objeto viaja em linha reta dentro de um meio homogêneo — um meio cujas propriedades ópticas são as mesmas em todos os pontos — seguindo o que este modelo chama de raio óptico. Cada ponto do objeto emite muitos raios ópticos em diferentes direções simultaneamente e, enquanto esses raios ópticos permanecerem dentro do mesmo meio homogêneo, eles continuam a viajar em linha reta sem desviar, não importa a distância percorrida.

Um raio óptico deixa de viajar em linha reta sem desviar quando atinge uma interface: o limite onde um meio homogêneo termina e outro meio homogêneo diferente, com um índice de refração diferente, começa. O índice de refração de um meio homogêneo descreve o quanto esse meio homogêneo retarda a luz que viaja dentro dele, em comparação com a velocidade que essa mesma luz teria no vácuo; quanto maior o índice de refração de um meio homogêneo, mais lentamente a luz viaja dentro desse meio homogêneo. O ângulo em que um raio óptico atinge uma interface, medido em relação à linha perpendicular a essa interface no ponto de chegada, é chamado de ângulo de incidência.

Quando um raio óptico atravessa uma interface para um meio homogêneo com índice de refração diferente do meio homogêneo de origem, o raio óptico muda de direção precisamente no ponto em que atravessa a interface. Essa mudança de direção é chamada de refração. Quanto maior a diferença entre o índice de refração do meio homogêneo de origem e o índice de refração do meio homogêneo de destino, maior será a mudança de direção que o raio óptico sofre ao ser refratado. Se um raio óptico passa para um meio homogêneo com índice de refração maior, ele se curva em direção à linha perpendicular à interface, e se passa para um meio homogêneo com índice de refração menor, ele se curva na direção oposta a essa mesma linha perpendicular.

Em cada interface, um raio óptico não é completamente refratado para o novo meio homogêneo: parte do raio óptico é refletida de volta para o meio homogêneo original sem atravessar a interface, um fenômeno chamado reflexão, enquanto o restante do raio óptico atravessa a interface, refratando-se para o novo meio homogêneo, um fenômeno chamado transmissão. Quanto maior a diferença entre os índices de refração dos dois meios homogêneos em uma interface, maior a porção do raio óptico que é refletida nessa interface e menor a porção do raio óptico que é transmitida para o outro lado.

Quando a luz proveniente de um objeto passa por diversas interfaces, como as formadas pela córnea e pelo cristalino antes de atingir a retina, a refração de cada raio de luz em cada interface determina, coletivamente, para onde esse raio aponta. É a combinação de todos os raios de luz originados do mesmo ponto no objeto, refratados da mesma maneira em cada interface, que determina se esses raios de luz convergem novamente em um único ponto na retina. Portanto, esse modelo de raios de luz, refração, reflexão e transmissão é a base para todos os cálculos subsequentes sobre como uma imagem é formada e como uma lente deve ser construída para que a imagem seja formada precisamente onde é necessária.

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