A luz propaga-se em linha reta e em

todas as direções.

- Formação de sombras; - Eclipses.

Quando as ondas incidem numa superfície de

separação entre dois meios, verifica-se que

parte da sua energia é refletida, parte é

transmitida e parte é absorvida.

Reflexão da Luz

Ocorre quando um feixe luminoso, ao incidir numa superfície de

separação entre dois meios, muda de direção mas continua a

propagar-se no mesmo meio.

Reflexão

Difusa – se o feixe incidir

numa superfície não polida e

os vários raios forem refletidos

em diferentes direções.

A reflexão difusa da luz torna

possível visualizar os objectos.

Regular ou Especular – se o

feixe incidir numa superfície

polida e os vários raios forem

refletidos numa só direção.

Reflexão Difusa ou Difusão da luz

Reflexão Regular da Luz

Reflexão da Luz

Leis da Reflexão

Leis da Reflexão de Snell-Descartes

1- O raio incidente, a normal ao espelho no

ponto de incidência e o raio refletido estão

no mesmo plano.

2- O ângulo de incidência, î, é igual ao ângulo

de reflexão, ȓ.

Para além da absorção, difusão e

reflexão da luz, outros fenómenos

podem acontecer a um feixe de luz.

Refração da Luz

Raio Incidente

Meio 1

Meio 2

Raio Refractado

Raio Reflectido

Quando a luz se propaga num meio e incide numa

superfície que o separa de outro meio, podem ocorrer três

fenómenos distintos:

Reflexão, Absorção e Refração da luz.

Refração da Luz Ocorre quando um feixe de luz ao incidir numa superfície de

separação de dois meios transparentes, penetra no segundo meio e

muda a direção de propagação.

A direção de propagação da luz altera-se porque a sua velocidade

muda quando passa de um meio para outro.

Quanto maior for a diferença de velocidade entre os meios, maior

será o desvio do raio luminoso.

http://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/bending-light (simulação phet)

î î = ângulo de incidência

r r = ângulo de refracção

Meio 1

Meio 2

Raio Incidente

Raio Refratado

Quando a incidência é oblíqua, ocorre um desvio

na trajetória do raio luminoso.

Caso o raio incidente seja normal à superfície, a

refração ocorre sem o desvio do raio luminoso.

Meio 1

Meio 2

Raio Incidente

Raio Refractado

î= 0o

r = 0o

Por que motivo a luz é desviada quando

atravessa materiais diferentes?

Índice de Refração

Índice de Refração

A luz propaga-se no vácuo com a velocidade c = 300 000km/s.

Noutros meios materiais, a luz propaga-se com velocidades diferentes.

Para comparar o valor da velocidade da luz num certo meio com a

velocidade da luz no vácuo, foi definido o Índice de Refração.

Índice de Refração (n)

O Índice de Refração num meio é a relação entre a velocidade da luz

no vácuo e velocidade da luz nesse meio.

Onde:

C – velocidade da luz no vácuo (constante).

V – velocidade da luz no meio em questão.

v

cn

Exemplos de Índices de Refração

Meio Índice de Refração

Vácuo 1,00

Ar 1,00

Água 1,33

Vidro leve 1,58

Vidro denso 1,66

Diamante 2,42

- O Índice de Refração varia com a densidade do meio.

- Informa quantas vezes a velocidade da luz no vácuo é maior que a

velocidade da mesma luz no meio considerado.

Quando dois meios transparentes apresentam o mesmo índice de refração:

î

r

Meio 1

Meio 2

î = r

n1 = n2

Não há reflexão, nem refração e muito menos mudança na

direção da luz ao mudar de meio.

Meio Índice de Refração

Velocidade da Luz(aprox.)

Vácuo 1,00 300.000km/s

Ar 1,00 300.000km/s

Água 1,33 225.000km/s

Vidro leve 1,58 190.000km/s

Vidro denso 1,66 181.000km/s

Diamante 2,42 124.000km/s

Aplicando a expressão do índice de refração obtêm-se os

valores da velocidade da luz nos diversos meios materiais:

Diz-se que o ar é o meio óptico menos denso (menos refringente) e

o diamante é o meio mais denso (mais refringente).

Leis de Snell-Descartes para a Refração

1a. Lei: O raio incidente, a normal e o raio refratado estão no mesmo

plano mas em meios diferentes.

i i = ângulo de incidência

r r = ângulo de refração

Meio 1 (n1)

Meio 2 (n2)

Raio Incidente

Raio Refratado

2ª Lei:Quando a luz se propaga de um meio, cujo índice de refração é

n1, para outro material com índice de refracção n2, a direção de

propagação da luz desvia-se, verificando-se a relação:

i i = ângulo de incidência

r r = ângulo de refracção

Meio 1 (n1)

Meio 2 (n2)

1,2^

^

sin

sinn

r

i

Leis de Snell-Descartes para a Refracção

^n1.senî = n2.senr senî n2

senr n1^= n21=

A constante de proporcionalidade, n21 é chamado índice de refração

relativo do meio 2 em relação ao meio 1 e define-se como o quociente

entre as velocidades de propagação da luz nos dois meios.

Pode-se ainda escrever:

Onde v1 e v2 são as velocidades da luz nos meios 1 e 2 e n1 o meio

menos denso e n2 o meio mais denso.

2

1

^

^

1,2

sin

sin

v

v

r

in

2

11,2v

vn

Ao passar de um meio menos denso para outro mais denso:

• a velocidade de propagação da luz diminui;

• o raio refratado aproxima-se da normal.

n2 > n1

î î = ângulo de incidência

r r = ângulo de refração

Ar (n1)

Água (n2)

î > r

Ao passar de um meio mais denso para outro menos denso:

• a velocidade de propagação da luz aumenta;

• o raio luminoso afasta-se da normal.

n2 < n1

î î - ângulo de incidência

r r = ângulo de refração

Vidro (n1)

Água (n2)

î < r

Conclusões

• Na Refração os raios sofrem uma mudança de direção devido à

mudança de velocidade de propagação da luz.

• O raio refratado aproxima-se da normal quando a luz passa

para um meio mais denso ou mais refringente (meio no qual a

velocidade de propagação da luz é menor).

• O raio refratado afasta-se da normal quando a luz passa para

um meio menos denso ou menos refringente (meio no qual a

velocidade de propagação da luz é maior).

Reflexão Total da Luz e ângulo limite

I – Para um determinado valor de î,

ocorre reflexão e refração.

III – Quando o valor de î é superior ao

ângulo limite não ocorre refração, toda a

luz se reflete - Reflexão Total da Luz.

II – Para um valor de î igual ao ângulo

limite, o raio incidente refrata-se, rasando

a superfície de separação e reflete-se.

Ângulo de incidência, ao qual corresponde um ângulo de refração de

90º, na passagem da luz do meio mais denso para o menos denso.

Quando î = L, r = 90º, (emergência rasante).

Quando î > L, a luz reflete-se totalmente.

RI-1

RR-1

RI-2

RR-2 Rasante

RI-3 Reflexão Total

î = L

n1

n2

n1 > n2

r = 90º

Ângulo Limite e Reflexão Total

Condições para ocorrer a Reflexão Total:

1- A luz passar do meio mais denso para o menos denso.

2- O ângulo de incidência ser maior que o ângulo limite.

- A refração nunca ocorre isoladamente, pois uma parte da luz

reflete-se sempre.

- Na reflexão total, nenhuma parcela da luz se refrata.

Fibras Óticas

http://www.youtube.com/watch?v=up2cSYJohnc Construção de fibra óptica

Fibras Óticas

Vidro

Cilindro muito fino feito de vidro puro. A luz permanece aprisionada

dentro do cilindro, pois sofre sucessivas reflexões totais.

Aplicações: telecomunicações (tv cabo) e medicina (endoscopia).

O periscópio

Instrumentos ótico de fundamental importância nos submarinos.

Utilizam prismas de reflexão total.

Prismas de reflexão total.

O periscópio

Difração de ondas

É um fenómeno que permite às ondas contornar obstáculos. É

mais significativa se as dimensões da fenda forem da mesma

ordem de grandeza do comprimento de onda.

Verifica-se a difração das ondas quando estas passam por fendas

com larguras próximas dos seus comprimentos de onda.

Quando o comprimento da fenda é

superior ao λ das ondas que se propagam,

há uma pequena difração. Isto é, as

frentes da onda encurvam ligeiramente nas

extremidades.

Difração de ondas

Quando o comprimento da fenda é da

mesma ordem de grandeza do λ das

ondas produzidas, o fenómeno de

difração é acentuado. As ondas que

atrevessem a fenda são praticamente

circulares, propagando-se para os lados.

Difração de ondas

A difração das ondas depende do seu respetivo

comprimento de onda:

•As ondas electromagnéticas de grande λ, ondas rádio,

contornam facilmente obstáculos de grandes dimensões

(montanhas, edifícios), propagando-se em todas as direções.

•As ondas electromagnéticas de pequeno λ, como as

microondas, praticamente não se difratam.

Difração de ondas

• Como as ondas sonoras se difratam nas aberturas das portas e

janelas, é possível ouvir no exterior de uma casa as conversas

que o ocorrem no interior.

• Na comunicação através de ondas rádio, a difração das ondas

permite que estas sejam captadas, apesar dos obstáculos.

Bandas de rádio frequências e principais utilizações

Nome da Banda Utilização Gama de Frequência

ELF Frequência extra baixa

Ligações a Submarinos 30 Hz – 3kHz

VLF Frequência muito baixa

Comunicações de longo alcance

3 kHz – 30kHz

LF Frequência baixa

30 kHz – 300 kHz

MF Frequência média

Rádios nacionais 300 kHz – 3 MHz

HF Frequência alta

Rádios locais

Telefone sem fios

3 MHz – 30 MHz

VHF Estações de rádio em FM e de televisão

30 MHz – 300 MHz

UHF Telemóveis, controlo aéreos 300 MHz – 3 GHz

Microondas Telefone, Radares, GPS >3 GHz

Na comunicação por

ondas

eletromagnéticas

usam-se bandas de

frequências distintas,

em função das suas

caraterísticas de

propagação e do fim

a que se destinam.

Ondas rádio (ELF a MF)

1- São as que melhor se difratam na atmosfera, contornando

obstáculos de grandes dimensões;

2- Acompanham a curvatura da Terra até alguns milhares de

quilómetros, pelo que transmitem a longas distâncias;

3- São pouco absorvidas pelo ar e são refletidas pela estratosfera;

MF (estações nacionais -maior qualidade e menor alcance);

LF (estações de rádio, a nível mundial - RDP internacional);

ELF (submarinos - conseguem penetrar em profundidade na água).

Ondas rádio (HF e VHF)

1- Sofrem múltiplas reflexões na ionosfera e na superfície terrestre,

devido ao baixo c.d.o;

2- Não acompanham a curvatura da Terra, sendo usadas em

comunicação que não exige longo alcance;

3- Qualidade do sinal elevada;

HF (estações de rádio e radiotelefone);

VHF (estações de rádio em FM e televisão);

Ondas eletromagnéticas de frequência elevada

(UHF, SHF e EHF)

1- São microondas pouco absorvidas e/ou refletidas na atmosfera,

podendo atravessar a ionosfera;

2- Praticamente não sofrem difração e propagam-se em linha reta;

3- Usadas na comunicação via satélite;

UHF (estações de TV, telemóveis e radar);

SHF (telemóveis, radar, satélites de comunicação e GPS);

EHF (estações espaciais).

Radiação Infra - Vermelha

1- Não sofre difração;

2- Tem elevada capacidade de penetração na atmosfera, o

que permite a ligação aos satélites e aos veículos espaciais;

3- Usada nos comandos de vídeo e televisão.

A dispersão da Luz Branca

É a decomposição da luz branca nas suas infinitas cores (c.d.o).

Ocorre quando um feixe de luz branca sofre refração ao passar de um

meio transparente para outro.

Ocorre porque cada cor sofre um desvio diferente ao se refratar, ou

seja, porque índice de refração de um meio depende do tipo de luz

(cor – frequência).

O que é?

Quando ocorre?

Por que ocorre a separação das cores?

A Dispersão da Luz Branca

Vermelho

Alaranjado Amarelo

Violeta Anil

Verde Azul

O índice de refração do meio é diferente para cada uma das cores e,

como consequência, elas serão desviadas de forma diferente.

A luz vermelha tem um índice de refração menor que a luz violeta.

Luz Branca

A Dispersão da Luz Branca

Vermelho Alaranjado Amarelo

Violeta Anil

Verde Azul

A luz monocromática vermelha, tem menor índice de refracção e, por

isso é a que menos se desvia, logo a velocidade é maior.

A luz monocromática violeta é a que mais desvia, pois é a luz de

menor velocidade.

Luz Branca