REFRAÇÃO DA LUZ

À passagem da luz de um meio para outro damos o nome de refração.Quando a luz passa de um meio material para outro meio ocorre duas coisas. A primeira é que a velocidade da luz muda. A segunda é que quando a incidência é oblíqua, a direção de propagação também muda.

CONCEITO DE REFRAÇÃO

Refração da luz ao passar do ar para a água

LUZ

Há desvio

R.I

R.R

Quando a luz índice obliquamente à superfície de separação de dois meios transparentes, a refração é acompanhada de mudança na direção de propagação da luz.

ar

água

R.I

R.R

Quando a luz incide perpendicularmente à superfície de separação de dois meios transparentes, a refração não é acompanhada de mudança na direção de propagação da luz.

A refração sempre vem acompanhada da reflexão.

• parte da luz é refletida;• parte da luz é absorvida;• parte da luz é refratada(atravessa).

ÍNDICE DE REFRAÇÃO

Ao mudar de meio, a luz muda de velocidade. Isto é de certa forma esperado, pois ao aumentarmos a densidade de um meio maior será a dificuldade de propagação nele. A velocidade da luz no vácuo é a maior que qualquer objeto pode atingir. Simbolizamos por “c” a velocidade da luz no vácuo. Num outro meio qualquer a velocidade da luz (V) é menor que “c”.

O índice de refração de um meio é a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio considerado.

n = C

V

O índice de refração não tem unidade, é uma grandeza adimensional.

c = velocidade da luz no vácuo (m/s)

c = 3 x 108 m/s

v = velocidade da luz no meio (m/s)

UNIDADE:

c m/sv m/s

n = c m/s

V m/s

ÍNDICE DE REFRAÇÃO RELATIVO

RI

RR

NORMAL

AR

ÁGUA

RI : RAIO INCIDENTE RR : RAIO REFRATADO

LEIS DA REFRAÇÃO

I

R

Normal

Raio incidente

Raio refratado

1ª Lei: O raio incidente, a reta normal ao ponto de incidência e o raio refratado, estão no mesmo plano.

RI

RR

NORMAL

AR

ÁGUA

i

r

i = ângulo de incidênciar = ângulo de reflexão

Alterando o ângulo “i” haverá uma alteração no ângulo “r”.

I

R

Normal

i

r

Raio incidente

Raio refratado

Meio 1

Meio 2

2 a Lei: O produto do índice de refração absoluto de um meio pelo seno do ângulo que a luz forma com a normal nesse meio, é constante para os dois meios:

n1 x sen i = n2 x sen r

Casos de Refração

I

R

Normal

i

r

Raio incidente

Raio refratado

a) Luz passando do meio menos para o meio mais refringente:

Neste caso podemos dizer que o raio refratado aproxima-se da normal

I

R

Normal

i

r

Raio incidente

Raio refratado

Neste caso podemos dizer que o raio refratado afasta-se da normal

b) Luz passando do meio mais para o meio menos refringente:

I

R

Normal

i=0º

r=0º Raio refratado

Neste caso teremos uma refração sem desvio

Incidência perpendicular:

Raio incidente

REFLEXÃO TOTAL

Considere um raio de luz se propagando de um meio menos refringente ( nar=1) para um meio mais refringente ( nágua=1,33). Nesse caso o raio refratado r se aproxima da normal. (figura 1). Aumentando o ângulo de incidência para i’, o ângulo de refração aumenta para r’ (figura 2). O máximo de aumento do ângulo de incidência ocorre na figura 3, onde i’’ = 90o e que corresponderá a um ângulo de refração r’’. Nesse caso, o raio de luz incide praticamente paralelo à superfície da água (incidência rasante) e não é mais possível aumentar o ângulo de incidência.

Agora vamos fazer o caminho inverso, ou seja, vamos fazer a luz se refratar da água para o ar e pelo princípio da reversibilidade a luz percorre o mesmo caminho das figuras anteriores, só que no sentido inverso. Verifique na figura 3 que, quando a luz incide na superfície da água com ângulo r’’, ela se refrata no ar praticamente paralelo à superfície da água (emergência rasante). Nesse caso específico, denominamos r’’ de ângulo limite L.

A partir daí começa o que denominamos de reflexão total. Para qualquer ângulo de incidência maior que o ângulo limite L ( i > L), o raio de luz sofre reflexão total ou reflexão interna retornando à água tal que i = r .

Considere dois meios homogêneos e transparentes A e B, tal que nA > nB e com a luz se refratando de A para B.

Aplicando a lei de Snell-Descartes na figura acima, temos: nA.sen L = nB.sen90o nA.sen L = nB.1

A

B

n

n L sen

Cálculo do ângulo limite:

OBS:

O fenômeno da Reflexão Total(ou Reflexão Interna) só pode acontecer quando o raio incidir em um meio menos refringente.

E só acontece quando o ângulo de incidência for maior que o ângulo limite (L)

1. Em um experimento, a luz atravessa uma placa de vidro com velocidade igual a 2 . 108m/s . Sabendo que a velocidade da luz no vácuo é de 3 .108 m/s , qual o índice de refração do vidro?

2. A figura mostra um raio de luz monocromática que se propaga no ar formando um ângulo de 30° com a superfície. Quando o raio passa a incidir no outro meio o ângulo de refração observado é de 60°.

A partir destas informações calcule:(a) O índice de refração da luz no segundo meio.(b) A velocidade da luz neste meio.

3. O ângulo limite para determinado par de meios é 45°. Determine o índice de refração relativo entre eles.