Refração da luz: elementos, leis e experimento - Ciência - 2023

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o refração da luz É o fenômeno óptico que ocorre quando a luz incide obliquamente na superfície de separação de dois meios com diferentes índices de refração. Quando isso acontece, a luz muda de direção e velocidade.

A refração ocorre, por exemplo, quando a luz passa do ar para a água, pois esta tem um índice de refração menor. É um fenômeno que pode ser perfeitamente apreciado na piscina, ao se observar como as formas do corpo embaixo d'água parecem se desviar da direção que deveriam ter.

É um fenômeno que afeta diversos tipos de ondas, embora o caso da luz seja o mais representativo e o de maior presença no nosso dia a dia.

A explicação para a refração da luz foi oferecida pelo físico holandês Willebrord Snell van Royen, que estabeleceu uma lei para explicá-la que ficou conhecida como Lei de Snell.

Outro cientista que prestou atenção especial à refração da luz foi Isaac Newton. Para estudá-lo, ele criou o famoso prisma de vidro. No prisma, a luz penetra por uma de suas faces, se refratando e se decompondo nas diferentes cores. Desta forma, por meio do fenômeno de refração da luz, ele provou que a luz branca é composta por todas as cores do arco-íris.

Elementos de refração

Os principais elementos que devem ser considerados no estudo da refração da luz são os seguintes: -O raio incidente, que é o raio que incide obliquamente na superfície de separação dos dois meios físicos. -O raio refratado, que é o raio que passa pelo meio, modificando sua direção e velocidade. -A linha normal, que é a linha imaginária perpendicular à superfície de separação dos dois meios. -O ângulo de incidência (i), que é definido como o ângulo formado pelo raio incidente com o normal. -O ângulo de refração (r), que é definido como o ângulo formado pela normal com o raio refratado.

-Além disso, o índice de refração (n) de um meio também deve ser considerado, que é o quociente entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio.

n = c / v

A esse respeito, deve-se lembrar que a velocidade da luz no vácuo atinge o valor de 300.000.000 m / s.

Índice de refração de luz em diferentes meios

Os índices de refração da luz em alguns dos meios de comunicação mais comuns são:

Leis de refração

A Lei de Snell é freqüentemente referida como a lei da refração, mas a verdade é que as leis da refração podem ser consideradas duplas.

Primeira lei de refração

O raio incidente, o raio refratado e o normal estão no mesmo plano do espaço. Nesta lei, também deduzida por Snell, a reflexão também se aplica.

Segunda lei de refração

A segunda, a lei da refração ou lei de Snell, é determinada pela seguinte expressão:

n₁ sen i = n₂ sen r

Sendo n₁ o índice de refração do meio de onde vem a luz; i o ângulo de incidência; n₂o índice de refração do meio em que a luz é refratada; r o ângulo de refração.

Princípio de Fermat

A partir do princípio do tempo mínimo ou princípio de Fermat, tanto as leis da reflexão quanto as leis da refração, que acabamos de ver, podem ser deduzidas.

Este princípio afirma que o caminho real seguido por um raio de luz que se move entre dois pontos no espaço é aquele que requer menos tempo para viajar.

Consequências da lei de Snell

Algumas das consequências diretas deduzidas da expressão anterior são:

a) Se n₂ > n₁ ; sin r <sin i ou r <i

Portanto, quando um raio de luz passa de um meio com um índice de refração inferior para outro com um índice de refração mais alto, o raio refratado se aproxima do normal.

b) Se n2 <n₁ ; sin r> sin i ou r> i

Portanto, quando um raio de luz passa de um meio com um índice de refração mais alto para outro com um índice mais baixo, o raio refratado se afasta do normal.

c) Se o ângulo de incidência é zero, então o ângulo do raio de refração é zero.

Ângulo limite e reflexão interna total

Outra consequência importante da lei de Snell é o que é conhecido como ângulo limite. É o nome dado ao ângulo de incidência que corresponde a um ângulo de refração de 90º.

Quando isso acontece, o raio refratado se move rente à superfície de separação dos dois meios. Esse ângulo também é chamado de ângulo crítico.

Para ângulos maiores que o ângulo limite, ocorre um fenômeno denominado reflexão interna total. Quando isso acontece, nenhuma refração ocorre, uma vez que todo o feixe de luz é refletido internamente. A reflexão interna total ocorre apenas ao passar de um meio com um índice de refração mais alto para um meio com um índice de refração mais baixo.

Uma aplicação da reflexão interna total é a condução da luz através da fibra óptica sem perda de energia. Graças a ele, podemos desfrutar das altas velocidades de transferência de dados oferecidas pelas redes de fibra óptica.

Experimentos

Um experimento muito básico para poder observar o fenômeno da refração consiste em introduzir um lápis ou uma caneta em um copo cheio de água. Como resultado da refração da luz, a parte submersa do lápis ou caneta parece ligeiramente quebrada ou desviada do caminho que seria de esperar.

Você também pode tentar uma experiência semelhante com um apontador laser. Claro, é necessário derramar algumas gotas de leite no copo d'água para melhorar a visibilidade da luz do laser. Neste caso, é recomendável que o experimento seja realizado em condições de pouca luz para melhor apreciar o caminho do feixe de luz.

Em ambos os casos, é interessante tentar diferentes ângulos de incidência e observar como o ângulo de refração varia conforme eles mudam.

Causas

As causas desse efeito óptico devem ser encontradas na refração da luz que faz com que a imagem do lápis (ou do feixe de luz do laser) pareça defletida debaixo d'água em relação à imagem que vemos no ar.

A refração da luz na vida cotidiana

A refração da luz pode ser observada em muitas situações do nosso dia a dia. Alguns já nomeamos, outros discutiremos a seguir.

Uma consequência da refração é que os pools parecem ser mais rasos do que realmente são.

Outro efeito da refração é o arco-íris que ocorre porque a luz é refratada ao passar pelas gotículas de água presentes na atmosfera. É o mesmo fenômeno que ocorre quando um feixe de luz passa por um prisma.

Outra consequência da refração da luz é que observamos o pôr do sol do Sol depois de vários minutos desde que realmente aconteceu.

Referências

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