LUZ - Parte II

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Física 4 
Luz 
 
A pencil looks bent, because 
the light bouncing off the part 
in the water is moving slower 
than the part through the air. 
Refração 
 
Miragem ou espelhismo 
 
Miragem ou espelhismo 
• O ar nas vizinhanças do solo 
está mais quente e a 
velocidade da luz é maior nesta 
camada. 
• As parcelas das frentes de 
onda próximas ao solo 
deslocam-se com maior 
velocidade e se adiantam em 
relação às parcelas mais 
afastadas do solo, o que 
resulta na formação de uma 
frente de onda anesférica e 
na curvatura dos raios. 
•O raio que inicialmente iria 
incidir no solo é desviado para 
cima. 
Dispersão 
Dispersão 
 
• O índice de refração de 
um material tem uma 
pequena dependência em 
relação ao comprimento 
de onda. 
• Os índices de refração 
diminuem ligeiramente à 
medida que o 
comprimento de onda 
aumenta. 
Dispersão 
 Dependência entre o índice de refração e o 
comprimento de onda. 
Prisma 
O índice de refração diminui quando o comprimento de onda 
aumenta, e os comprimentos de onda grandes são menos 
desviados que os comprimentos de onda menores. 
 
From Hubblesite.org. Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI) 
Arco-íris 
 Dispersão da luz solar pela refração em gotas de água. 
 
René Descartes, 1637 
 
• Construção de 
Descartes dos raios 
paralelos de luz que 
entram numa gota de 
água esférica. 
• O ângulo entre o raio 
emergente e o diâmetro 
aumenta à medida que 
os raios se afastam do 
diâmetro. 
• O raio de número 7 
emerge no ângulo 
máximo. 
• A concentração de 
raios que emergem num 
ângulo 
aproximadamente igual 
ao máximo provoca o 
arco-íris. 
Arco-íris 
 Concentração nas proximidades do ângulo máximo de desvio provoca 
o arco-íris. 
 Mediante construção direta (com a lei de refração), Descartes mostrou 
que o ângulo máximo é cerca de 42. 
 A fim de observar um arco-íris devemos olhar para as gotas de água 
sob um ângulo de 42 em relação à direção dos raios solares. 
Arco-íris 
 Raio de luz incidente numa gota esférica de água. 
Ângulo de desvio do raio 
O ângulo de desvio tem o seu 
valor mínimo 138 quando o 
ângulo de incidência for 60. 
 
Ângulo do desvio mínimo. 
Nos ângulos de incidência 
ligeiramente maiores, ou 
ligeiramente menores o ângulo de 
desvio é aproximadamente o 
mesmo. 
A luz refletida pela gotícula de água 
será concentrada nas vizinhanças do 
ângulo de desvio mínimo. 
Abertura angular do arco-íris 
Arco-íris 
 A separação das cores do arco-íris é 
consequência de o índice de refração da 
água ser ligeiramente dependente do 
comprimento de onda da luz. 
 O ângulo de desvio mínimo, e a abertura 
angular do arco-íris, dependem então, 
ligeiramente, do comprimento de onda da 
luz. 
 O arco-íris é constituído por raios 
luminosos que provêm de muitas gotículas 
de água diferentes. 
 A cor vista sob uma certa abertura angular corresponde ao 
comprimento de onda da luz que tem um ângulo de desvio 
mínimo que possibilita a luz refratada pelas gotículas, nesta 
abertura angular, atingir a vista do observador. 
 Uma vez que o índice de refração da água é menor para a luz 
vermelha do que para a luz azul, o arcsen da equação é maior para a 
luz vermelha do que para a luz azul. Então o ângulo de desvio 
mínimo é menor para o vermelho do que para o azul e  é maior 
para a luz vermelha do que para a luz azul. Por isso, a parte 
vermelha do arco-íris está numa abertura angular ligeiramente maior 
que a da parte azul. 
Arco-íris secundário 
 Quando um raio de luz atinge uma 
superfície que separa a água e o ar, 
parte da luz se reflete e parte se 
refrata. 
 Um arco-íris secundário provém dos 
raios de luz que são refletidos 
duas vezes no interior de uma 
gotícula. 
 O arco-íris secundário tem uma 
abertura angular de 51 e a 
sequência de cores é inversa da 
sequência no arco-íris primário. 
 Em virtude da pequena fração de luz 
refletida pela superfície água-ar, o 
arco-íris secundário é bastante mais 
fraco que o arco-íris primário. 
 
http://apod.nasa.gov/apod/ap140930.html 
Explanation: Have you ever seen an entire rainbow? From the ground, typically, only the top portion of a 
rainbow is visible because directions toward the ground have fewer raindrops. From the air, though, the entire 
360 degree circle of a rainbow is more commonly visible. Pictured here, a full circle rainbow was captured 
over Cottesloe Beach near Perth, Australia last year by a helicopter flying between a setting sun and a 
downpour. An observer-dependent phenomenon primarily caused by the internal reflection of sunlight by 
raindrops, the 84-degree diameter rainbow followed the helicopter, intact, for about 5 kilometers. As a bonus, 
a second rainbow that was more faint and color-reversed was visible outside the first.