Tipos de ilusão de óptica

Existem alguns tipos de ilusões de óptica, que são:

• Ilusões de Ótica Ambíguas. Contém mais de uma cena na mesma imagem – embora a imagem em sua retina permaneça constante, você nunca vê uma mistura estranha das duas percepções sempre é uma ou a outra;

• Ilusões de Ótica Escondidas. São imagens que a primeira vista não apresentam nenhum significado, mas depois de observar você irá se surpreender;

• Ilusões de Óptica Impossíveis. Sensacionais imagens que inexplicavelmente parecem normais, mais se repararmos bem, são impossíveis;

• Ilusões de Ótica Pós-efeito. Imagens que depois de visualizadas revelam novas cenas.

Exemplos de ilusão de ótica

Agora que já vimos uma parte conceitual sobre a ilusões de ótica, vamos a alguns exemplos.

Pilha de cubos

A pilha de cubos está certinha ou de cabeça para baixo? Depende! Também pode estar na diagonal esqueda, diagonal direta, voltada para o lado…

Quantos barras existem ai?

Quantos barras existem ai?

QuQantos barras existem ai?
Quantas barras existem aí?

Olhe para o quadradinho branco que une os quadrados negros, ele esta branco, mas os seus vizinhos ficam piscando alternando entre cinza e branco!

A porta esta aberta ou fechada???

Ilusão de Óptica

O termo Ilusão de óptica aplica-se a todas ilusões que "enganam" o sistema visual humano fazendo-nos ver qualquer coisa que não está presente ou fazendo-nos vê-la de um modo erróneo. Algumas são de carácter fisiológico, outras de carácter cognitivo. As ilusões de óptica podem surgir naturalmente ou serem criadas por astúcias visuais específicas que demonstram certas hipóteses sobre o funcionamento do sistema visual humano.

A explicação possível das ilusões óticas é debatida extensamente. No entanto, os resultados da investigação mais recente indicam que as ilusões emergem simplesmente da assinatura do modo estatístico e empírico como todos os dados perceptivos visuais são gerados.

Fixe o olho no ponto central, logo após movimente a cabeça para frente e para trás, mantendo o olhar fixo no ponto

Os circuitos neuronais do nosso sistema visual evoluem, por aprendizagem neuronal, para um sistema que faz interpretações muito eficientes das cenas 3D usuais, com base na emergência no nosso cérebro de modelos simplificados que tornam muito rápida e eficiente essa interpretação mas causam muitas ilusões ópticas em situações fora do comum.

A nossa percepção do mundo é em grande parte auto-produzida. Os estímulos visuais não são estáveis: por exemplo, os comprimentos de onda da luz reflectida pelas superfícies mudam com as alterações na iluminação. Contudo o cérebro atribui-lhes uma cor constante. Uma mão a gesticular produz uma imagem sempre diferente e, no entanto, o cérebro classifica-a consistentemente como uma mão. O tamanho da imagem de um objecto na retina varia com a sua distância mas o cérebro consegue perceber qual é o seu «verdadeiro» tamanho. A tarefa do cérebro é extrair as características constantes e invariantes dos objectos a partir da enorme inundação de informação sempre mutável que recebe. O cérebro pode também deduzir a distância relativa entre dois objectos quando há sobreposição, interposição ou oclusão. E pode deduzir a forma de um objecto a partir das sombras. O que implica uma aprendizagem da perspectiva linear. No entanto, existem vários tipos de ilusões de distância e profundidade que surgem quando esses mecanismos de dedução inconsciente resultam em deduções errónea.

A imagem da retina é a fonte principal de dados que dirige a visão mas o que nós vemos é uma respresentação “virtual” 3D da cena em frente a nós. Não vemos uma imagem física do mundo, vemos objectos. E o mundo físico em si não está separado em objectos. Vemos o mundo de acordo com a maneira como o nosso cérebro o organiza. O processo de ver é um de «completar» o que está em frente a nós com aquilo que o nosso cérebro julga estar a ver. O que vemos não é a imagem na nossa retina - é uma imagem tridimensional criada no cérebro, com base na informação sobre as características que encontramos mas também com base nas nossas opiniões sobre o que estamos a ver.

O que vemos é sempre, em certa medida, uma ilusão. A nossa imagem mental do mundo só vagamente tem por base a realidade. Porque a visão é um processo em que a informação que vem dos nossos olhos converge com a que vem das nossas memórias. Os nomes, as cores, as formas usuais e a outra informação sobre as coisas que nós vemos surgem instantaneamente nos nossos circuitos neuronais e influenciam a representação da cena. As propriedades percebidas dos objectos, tais como o brilho, tamanho angular, e cor, são “determinadas” inconscientemente e não são propriedades físicas reais. As ilusões surgem quando os “julgamentos” implícitos na análise inconsciente da cena entram em conflito com a análise consciente e raciocinada sobre ela.

A interpretação do que vemos no mundo exterior é uma tarefa muito complexa. Já se descobriram mais de 30 áreas diferentes no cérebro usadas para o processamento da visão. Umas parecem corresponder ao movimento, outras à cor, outras à profundidade (distância) e mesmo à direcção de um contorno. E o nosso sistema visual e o nosso cérebro tornam as coisas mais simples do que aquilo que elas são na realidade. E é essa simplificação, que nos permite uma apreensão mais rápida (ainda que imperfeita) da realidade exterior, que dá origem às ilusões de óptica.

Microscópio

Figura : Microscópio Eletrônico

O microscópio é um aparelho utilizado para visualizar estruturas minúsculas como as células.Acredita-se que o microscópio tenha sido inventado em 1590 por Hans Janssen e seu pai Zacharias, dois holandeses fabricantes de óculos. Tudo indica, porém, que o primeiro a fazer observações microscópicas de materiais biológicos foi o neerlandês Antonie van Leeuwenhoek (1632 - 1723).

Os microscópios de Leeuwenhoek eram dotados de uma única lente, pequena e quase esférica. Nesses aparelhos ele observou detalhadamente diversos tipos de material biológico, como embriões de plantas, os glóbulos vermelhos do sangue e os espermatozóides presentes no sêmen dos animais. Foi também Leeuwenhoek quem descobriu a existência dos micróbios, como eram antigamente chamados os seres microscópicos, hoje conhecidos como microorganismos.

Os microscópios dividem-se basicamente em duas categorias:

Microscópio óptico: funciona com um conjunto de lentes (ocular e objetiva) que ampliam a imagem transpassada por um feixe de luz que pode ser:

Microscópio de campo claro : é a configuração básica do microscópio. É uma técnica que tem muito pouco contraste.

Microscópio de fundo escuro: essa configuração aumenta o contraste, como mencionado anteriormente.

Microscópio de contraste de fase: é a melhor técnica para examinar espécimes vivos (como células cultivadas, por exemplo).

Iluminação Rheinberg - trata-se de uma configuração semelhante ao do campo escuro, mas que usa uma série de filtros para produzir uma "coloração óptica" do espécime.

Microscópio eletrônico: amplia a imagem por meio de feixes de elétrons, estes dividem-se em duas categorias: Microscópio de Varredura e de Transmissão.

Há ainda os microscópios de varredura de ponta que trabalham com um larga variedades de efeitos físicos (mecânicos, ópticos, magnéticos, elétricos).Um tipo especial de microscópio eletrônico de varredura é por tunelamento, capaz de oferecer aumentos de até cem milhões de vezes, possibilintando até mesmo a observação da superfície de algumas macromoléculas, como é o caso do DNA.

Miragem

A miragem é um efeito da luz de uma lamparina. Miragem ou espelhismo é um fenômeno óptico muito comum em dias ensolarados, especialmente sobre rodovias, em paisagens desérticas, ou também em alto-mar. Trata-se de uma imagem causada pelo desvio da luz refletida pelo objeto, ou seja, é um fenômeno físico real e não apenas uma ilusão de óptica. Miragem pode ocorrer em diferentes condições, causando vários tipos de imagem do objeto. A luz solar, em direção ao asfalto, sofre refração devido ao gradiente de temperatura das camadas de ar a medida em que se aproxima do asfalto. Essa refração desvia a direção de propagação da luz, e por final, ela reflete-se (reflexão total) nas camadas de ar próximas ao solo, fazendo com que a luz agora se distancie do mesmo. Desta forma, tem-se a ilusão que a superfície do solo está espelhada (poça de água aparente). O fenômeno também é observado quando o solo está muito frio, neste caso as imagens refletidas no ar são invertidas.

Miragem é apenas um dos muitos fenômenos ópticos que podemos observar no céu. Efeitos como arco-íris, halo, irisdecência, coroa, dentre outros, também podem ser confundidos com ilusões de óptica, mas são fenômenos reais envolvendo a propagação da luz na atmosfera, além de serem muito agradáveis de se ver.

Existem vários tipos de miragem, com diferentes processos de formação. Basicamente, a miragem é dividida em dois grandes grupos: miragem inferior e superior. A primeira é a miragem de deserto e rodovias, em dias quentes, e a segunda é mais comum em regiões polares e menos comum do que a primeira.

Créditos: http://pt.wikipedia.org/wiki/Miragem

Aplicações da Óptica: Fibra Ótica

Os sistemas de transmissão por fibras ópticas podem ser classificados segundo algumas características básicas. Estas características estão associadas às aplicações dos sistemas ou à especificidade de alguma técnica, configuração ou dispositivo utilizado pelo sistema. Tipos de sistemas:

* Sistemas de Comunicação

As fibras ópticas são aplicadas a vários sistemas de comunicação, tais como:

• Rede Telefônica: serviços de tronco de telefonia, interligando centrais de tráfego interurbano e interligação de centrais telefônicas urbanas.
  
• Rede Digital de Serviços Integrados (RDSI): rede local de assinantes, isto é, a rede física interligando os assinantes à central telefônica local.
  
• Cabos Submarinos: sistemas de transmissão em cabos submarinos.
  
• Televisão por Cabo (CATV): transmissão de sinais de vídeo através de fibas ópticas.
  
• Sistema de Energia e Transporte: distribuição de energia elétrica e sistema de transmissão ferroviário.
  
• Redes Locais de Computadores: aplicações em sistemas de longa distância e locais. Na busca de padrões a fim de facilitar a conectividade e minimizar os custos de aquisição e implantação com fibras ópticas, foi desenvolvido o FDDI.

* Sistema de Sensores

Nestes tipos de sistemas, a fibra é utilizada como sensor de estímulos externos, tais como a temperatura, a pressão, o campo magnético, a rotação, etc. Vários tipos de sensores com fibras ópticas já estão disponíveis comercialmente. Mercados orientados ao desenvolvimento desse tipo de sistema são:

• Aplicações industriais: sistemas de telemetria e supervisão em controle de processos.
  
• Aplicações médicas: sistemas de monitoração interna ao corpo humano e instrumentação cirúrgica.
  
• Automóveis: monitoração do funcionamento do motor e acessórios.
  

Dentre outras mais que estarão sendo postadas aqui nas proximas semanas.

http://blog.clickgratis.com.br/entry.php?w=pucmgfisica4&e_id=93496 dia 09/10/2009

Óptica Quântica

A óptica Quântica é hoje em dia um domínio de investigação ativa não só nos fundamentos da Física Quântica como também no estabelecimento de novas técnicas de criptografia e computação Quântica.
Em 1900, Max Karl Ernst Ludwig Planck ( 1858 - 1947) intrduz o conceito de quântica para a explicação do espectro da radiação emitida por corpos aquecios a uma dada temperatura T, como por exemplo, fornos de fundição. Surgiu entao o conceito de que a radiação era absorvida pelos átomos da cavidade de forma discreta, o que deu origem á mecânica quântica. Foi introduzida a constante de Planck e a energia absorida por átomos com frequência de ressonância n como En=h. Emboa Planck tivesse quantizado os átomos da caidade, foi Einstein, que com a explicaçao do efeito fotoelétrico, quantizou a onda eletromagnética associando a ela uma partícula, que posteriormente foi denominada de fóton.
Com as idéias introduzidas por Niels Bohr e pelos cientistas da escola de Copenhagen, a mecânica quântica foi desenvolvida na sua quase totalidade até 1927. O trabalho de Schrõdinger, que introduziu a função de onda na descrição de um sistema quântico, está fortemente baseada na analogia que existe entre a óptica geométrica e a mecância clássica. Portanto o entendimento dos fenôminos que ocorrem na óptica ondulatória auxiliam bastante o aprendizado da mecânica quântica.
Com a teoria de óptica podemos tratar da interação entre fótons e átomos e explicar o funcionamento do laser.

Óptica Eletromagnética

Fonte: http://www.guia.heu.nom.br/images/ondaEletroMagnetica.jpg (25/09)

As ondas eletromagnéticas são uma combinação de um campo elétrico e de um campo magnético que se propagam simultaneamente através do espaço transportando energia. A luz visível cobre apenas uma pequena parte do espectro de radiação eletromagnética possível.

A radiação eletromagnética são ondas que se auto-propagam pelo espaço, algumas das quais são percebidas pelo olho humano como luz. A radiação eletromagnética compõe-se de um campo elétrico e um magnético, que oscilam perpendicularmente um ao outro e à direção da propagação de energia.

As ondas electromagnéticas primeiramente foram “vistas” por James Clerk Maxwell e depois confirmadas por Heinrich Hertz. Maxwell notou as ondas a partir equações de eletricidade e magnetismo, revelando sua natureza e sua simetria. Faraday mostrou que um campo magnético variável no tempo gera um campo eléctrico, Maxwell mostrou que um campo eléctrico variável com o tempo gera um campo magnético, com isso há uma auto-sustentação entre os campos eléctricos e magnéticos. Em seu trabalho de 1862 Maxwell escreveu: "A velocidade das ondas transversais em nosso meio hipotético, calculada a partir dos experimentos electromagnéticos dos Srs. Kohrausch e Weber, concorda tão exactamente com a velocidade da luz, calculada pelos experimentos óticos do Sr. Fizeau, que é difícil evitar a interferência de que a luz consiste nas ondulações transversais do mesmo meio que é a causa dos fenómenos eléctricos e magnéticos". Ou seja, a luz é uma onda electromagnética.

Sendo a luz uma oscilação, ela não é afectada pela estática eléctrica ou campos magnéticos de uma outra onda electromagnética no vácuo. A luz se dispersa em um espectro visível porque a luz é reflectida por um prisma por causa da refração. Um importante aspecto da natureza da luz é a frequência. A frequência de uma onda é sua taxa de oscilação e é medida em hertz, a unidade SI (Sistema Internacional) de frequência, onde um hertz é igual a uma oscilação por segundo.

Espectro Eletromagnético é classificado normalmente pelo comprimento da onda, como as ondas de rádio, as microondas, a radiação infravermelha, a luz visível, os raios ultravioleta, os raios X, até a radiação gama. O comportamento da onda eletromagnética depende do seu comprimento de onda. Freqüências altas são curtas, e freqüências baixas são longas. Quando uma onda interage com uma única partícula ou molécula, seu comportamento depende da quantidade de fótons por ela carregada.

Fonte: http://200.156.70.12/sme/cursos/EQU/EQ20/modulo1/aula0/intro/img/luz01.jpg (25/09)

Óptica ondulatória versus corpuscular

Na segunda metade do século XVII, descobertas interessantes foram realizadas e novos conceitos foram introduzidos. O fenômeno de difração foi descobert, através da observação de bandas de luz na sombra de um bastão iluminado por uma pequena fonte.Em seguida, Robert Hooke (1635-1703) refez os experimentos de Grimaldi sobre difração e observou padrões coloridos de interferência em filmes finos. Ele concluiu, corretamente, que o fenômeno observado devia-se à interação entre a luz refletida nas duas superfícies do filme, e propôs que a luz originava-se de um movimento ondulatório rápido no meio, propagando-se a uma velocidade muito grande. Surgiam assim, as primeiras idéias da teoria ondulatória, ligadas às observações de difração e interferência, que eram conhecidas no caso das ondas sobre uma superfície de águas calmas.A interpretação ondulatória da natureza da luz explica certos fenômenos, como por exemplo, a interferência e a difração dos raios de luz.
Isaac Newton (1642-1727) introduziu a teoria corpuscular que afirmava que "a luz é composta de corpos muito pequenos, emitidos por substâncias brilhantes". Esta sua afirmação foi certamente baseada no fato de que raios de luz se propagam em linhas retas num meio homogêneo e daí a analogia com o movimento retilíneo que uma partícula descreve quando não existe força agindo sobre ela. Esta teoria corpuscular explicava, por exemplo, a formação de sombras, de imagens geradas por uma lente, etc.. Nesta época Newton aceitava as duas teorias, tanto a corpuscular como a ondulatória. A dispersão de luz por um prisma era explicada por ele como sendo devida à excitação de ondas no meio, por corpúsculos de luz; cada cor correspondia a um modo normal de vibração, sendo que a sensação de vermelho correspondia às vibrações mais longas, enquanto que o violeta, às mais curtas.
Independente da natureza corpuscular ou ondulatória da luz, um dado importante a ser obtido era sua velocidade de propagação. Muitos acreditavam que ela se propagava instantaneamente, com velocidade infinita. Porém, em 1676, Dane Ole Christensen Römer (1644-1710) sugeriu a medida da velocidade da luz pela verificação do intervalo entre eclipses da lua Io, de Júpiter, que se move praticamente no mesmo plano que este planeta se move em torno do Sol. A realização destas medidas demonstrou que embora muito grande, a velocidade da luz é finita.
Ao final do século XVII, ambas teorias (corpuscular e ondulatória) eram aceitas. Durante o século XVIII acabou prevalecendo a teoria corpuscular, principalmente devido ao grande peso científico de Newton, que havia optado por esta. Não houve grandes avanços da óptica naquele século, exceto pela construção do dubleto acromático em 1758, por John Dollond (1706-1761).

Óptica Geométrica

1. A propagação retilínea da luz


Uma característica importante da luz é que ao se propagar no vácuo ele o faz em linha reta. Podemos, assim, enunciar o Princípio da Propagação Retilínea da Luz:
A luz se propaga em linha reta nos meios homogeneos como o vácuo. Assim, a luz incidente sobre uma lente, apesar de seguir direções diferentes, como na figura abaixo, em cada direção e em cada meio se propaga em linha reta.
A razão para a propagação retilínea é que como a luz é composta por fótons, a tendência dessas partículas ao se moverem no vácuo, sem colisões, tendem a se manterem num movimento retilíneo e uniforme. Sabemos, da mecânica, que se sobre uma partícula não atuarem forças, a sua tendência é a de se manter com velocidade constante em uma trajetória retilínea. No vácuo ou em meios rarefeitos como o ar, ou até mesmo na água, a tendência da luz é se propagar em linha reta.




Princípio da reversibilidade de raios luminosos




Considere que um raio faz o percurso ABC tanto no fenômeno da reflexão (fig. 1.9a) como na refração (fig.1.9b). Se o raio de luz fizer o percurso no sentido contrário CBA, a trajetória do raio será a mesma.






Fig.1.9 Reversibilidade dos raios luminosos

(a) Reflexão

(b) Refração


Créditos: http://educar.sc.usp.br/otica/luz.htm#propagacao

Introdução

A Óptica aborda, em geral, o estudo dos efeitos luminosos: o comportamento da luz, a reflexão da luz, refração, dentre outros. Serão conceituados brevemente termos e teorias sobre o assunto mas o foco principal será a aplicação da óptica no nosso cotidiano e na nossa forma de perceber as coisas ao nosso redor.
Podemos dividir os temas dentro de 4 abordagens:

Óptica Geométrica: Trata a luz como um conjunto de raios. Utiliza-se no estudo da transmissão da luz por meio de lentes e espelhos, é responsável pelo estudo também da reflexão e da refração.

Óptica Ondulatória: Considera a luz como uma onda plana, tendo em conta sua freqüência e longitude de onda. Utiliza-se para entender os fenômenos da difração e interferência.

Óptica Eletromagnética: Considera a luz como uma onda eletromagnética, explicando assim os fenômenos de polarização e anisotrópicos.

Óptica quântica: Estudo quântico da interação entre as ondas eletromagnéticas e a matéria.

A partir das próximas postagens (as quais serão feitas semanalmente) serão mostradas as aplicações de cada área de estudo dentro da Óptica e a fundamentação teórica na qual elas se baseiam.





Créditos: http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%93ptica - http://www.scribd.com/doc/4077579/Fisica-Optica-Aplicacoes-I.