reflação da luz

Prévia do material em texto

Refração da luz:
É o fenômeno que consiste na mudança de velocidade de propagação da onda eletromagnética quando essa atravessa meios ópticos diferentes. Durante a refração, o comprimento de onda da luz muda, enquanto a sua frequência permanece constante. A refração pode ou não ser acompanhada de uma mudança na direção da propagação da luz.
Introdução à refração da luz
A refração ocorre quando a luz atravessa a interface entre dois meios ópticos e transparentes, como ar e água. Quando isso acontece, a velocidade de propagação da luz muda, uma vez que essa velocidade depende de uma característica de cada meio óptico chamada de índice de refração absoluto.
O índice de refração absoluto é uma grandeza adimensional, isto é, uma grandeza que não tem unidade de medida, calculada pela razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz naquele meio.
n – índice de refração
c – velocidade da luz no vácuo (c ≈ 3,0.108 m/s)
v - velocidade da luz no meio (m/s)
Quanto maior é o índice de refração de um meio, menor é a velocidade em que a luz se propaga em seu interior, em outras palavras, dizemos que o meio é mais refringente. Uma vez que não existe qualquer meio óptico em que a luz se propague mais rapidamente que no vácuo, o índice de refração absoluto é sempre maior ou igual a 1.
Refração da luz e suas propriedades:
A refração da luz sempre ocorre quando o índice de refração relativo entre dois meios é diferente de 1. A fórmula do índice de refração relativo é mostrada a seguir, observe:
n1,2 – índice de refração relativo dos meios 1 e 2;
n1 e n2 – índice de refração do meio de origem e do meio de destino da luz, respectivamente;
v1 e v2 – velocidade de propagação da luz no meio em que a luz emerge e imerge, respectivamente.
Diferentemente do índice de refração absoluto, que mede a relação entre a velocidade da luz naquele meio e a velocidade da luz no vácuo, o índice de refração relativo mede a relação entre as velocidades de propagação da luz nos dois meios e, por isso, pode assumir valores maiores ou menores que 1.
A mudança de velocidade da luz que atravessa do meio 1 para o meio 2 pode ocasionar o surgimento de um deslocamento lateral do feixe de luz. Essa mudança acontece se o raio de luz em questão incidir perpendicularmente à superfície (90º), na mesma direção da reta normal ao plano. A reta normal, por sua vez, é usada como referência para as medidas dos ângulos de incidência e refração.
Leis da refração:
Depois de conhecermos os conceitos principais da refração, podemos entender como funcionam as leis da refração:
→ 1ª lei da refração
A primeira lei da refração afirma que os raios de luz incidente e refratado, bem como a reta normal, são retas coplanares, isto é, devem estar contidas no mesmo plano.
→ 2ª lei de refração – Lei de Snell-Descartes
A segunda lei da refração, também conhecida como lei de Snell-Descartes, é usada para calcular o desvio angular sofrido pelo raio de luz refratado. De acordo com essa lei, a razão entre os senos dos ângulos de incidência e refração é igual à razão entre as velocidades da luz nos meios incidente e refratado, respectivamente. A fórmula da 2ª lei da refração é mostrada a seguir, observe:
Exercícios resolvidos sobre a refração da luz:
Questão 1) Determine o índice de refração absoluto de um meio óptico em que a luz se propaga com velocidade de 2,4.108 m/s.
Dados: c = 3,0.108 m/s
a) 1,75
b) 1,50
c) 1,25
d) 2,50
e) 1,45
Questão 2) Um raio de luz que provém de um meio em que sua velocidade de propagação é de 1,5.108 m/s incide na interface de outro meio óptico, no qual a luz propaga-se na velocidade de 2,0.108 m/s. Calcule o índice de refração relativo entre esses meios ópticos.
a) 1,33
b) 1,40
c) 0,72
d) 2,57
e) 0,63
Questão 3) A luz amarela se propaga em um determinado vidro com velocidade de 200.000 km/s. Sendo 300.000 km/s a velocidade da luz no vácuo, determine o índice de refração absoluto do vidro para a luz amarela:
a) n = 1,1
b) n = 1,2
c) n = 1,3
d) n = 1,4
e) n = 1,5
Questão 4) Supondo que o diamante apresente índice de refração absoluto 2,41 para a luz amarela, e sendo 300.000 km/s a velocidade da luz no vácuo, calcule a velocidade da luz amarela no diamante.
a) 100.500 km/s
b) 124.500 km/s
c) 136.500 km/s
d) 148.500 km/s
e) 152.500 km/s
Questão 5) Na figura adiante, um raio de luz monocromático se propaga pelo meio A, de índice de refração 2,0. (Dados: sen. 37° = 0,60 sen. 53° = 0,80)
Devemos concluir que o índice de refração do meio B é:
a) 0,5
b) 1,0
c) 1,2
d) 1,5
e) 2,0
Questão 6) Suponha que não houvesse atmosfera na Terra. Nesse caso, é correto afirmar que veríamos:
a) o Sol nascer mais cedo no horizonte
b) o Sol se pôr mais cedo no horizonte.
c) o nascer e o pôr do sol mais tarde.
d) o nascer e o pôr do sol no mesmo horário como se houvesse atmosfera.
e) n.d.a
Prismas:
Um prisma é um sólido geométrico formado por uma face superior e uma face inferior paralelas e congruentes (também chamadas de bases) ligadas por arestas. As laterais de um prisma são paralelogramos.
No entanto, para o contexto da óptica, é chamado prisma o elemento óptico transparente com superfícies retas e polidas que é capaz de refratar a luz nele incidida. O formato mais usual de um prisma óptico é o de pirâmide com base quadrangular e lados triangulares.
A aplicação usual dos prismas ópticos é seu uso para separar a luz branca policromática nas sete cores monocromáticas do espectro visível, além de que, em algumas situações poder refletir tais luzes.
Funcionamento do prisma: Quando a luz branca incide sobre a superfície do prisma, sua velocidade é alterada, no entanto, cada cor da luz branca tem um índice de refração diferente, e logo ângulos de refração diferentes, chegando à outra extremidade do prisma separadas.
Leis da refração luminosa:
Chamamos de refração da luz o fenômeno em que ela é transmitida de um meio para outro diferente. Nesta mudança de meios a frequência da onda luminosa não é alterada, embora sua velocidade e o seu comprimento de onda sejam. Com a alteração da velocidade de propagação ocorre um desvio da direção original. Para se entender melhor este fenômeno, imagine um raio de luz que passa de um meio para outro de superfície plana, conforme mostra a figura abaixo:
Dioptros:
É todo o sistema formado por dois meios homogêneos e transparentes. Quando esta separação acontece em um meio plano, chamamos então, dioptro plano.
A figura representa um dioptro plano, na separação entre a água e o ar, que são dois meios homogêneos e transparentes.
Lâminas:
Formação de imagens através de um dioptro: Considere um pescador que vê um peixe em um lago. O peixe encontra-se a uma profundidade H da superfície da água. O pescador o vê a uma profundidade h. Conforme mostra a figura abaixo:
· 1ª Lei da Refração: O raio incidente I, a normal N e o raio refratado R, pertencem ao mesmo plano, denominado plano de incidência da luz, ou seja, o raio incidente, a reta normal e o raio refratado são coplanares.
Uma lâmina de faces paralelas é um corpo relativamente pouco espesso, de material transparente, que possui duas faces paralelas. Um exemplo simples é uma lâmina de vidro (índice de refração n2) imersa no ar (índice de refração n1). Uma lâmina de faces paralelas é definida como um sistema constituído de dois dioptros planos cujas superfícies são paralelas.
· 2ª Lei da Refração: Para cada par de meios e para cada luz monocromática que se refrata é constante o produto do seno do ângulo que o raio forma com a normal e o índice de refração do meio em que o raio se encontra. Essa lei é conhecida como lei de Snell-Descartes.A segunda lei da refração é expressa matematicamente pela equação:
Deslocamento lateral (d):
Como o ângulo de incidência (i) se forma no meio (1) e o ângulo de refração (r) se forma no meio (2), verificamos que o produto do índice de refração absoluto do meio pelo seno do ângulo formado com aquele meio é sempre constante.
n1 . sen i = n2 . sen r