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Ciências da Natureza – Física Prof.: Luiz Felipe

Refração da luzFenômeno que ocorre quando há a passagem da luz de um meio de propagação para

outro, necessariamente mudando de velocidade.

• Incidência oblíqua: refração com desvio;• Incidência perpendicular: refração sem desvio.➢ Obs.: toda refração é acompanhada de uma reflexão.


✓ Índice de refração absoluto

É dado por:

cn

v=

velocidade da luz no vácuo (c = 3 . 108 m/s)

velocidade da luz no meio

Para o vácuo temos: nvácuo = 1. Para o ar temos 1arn

Para um dado meio material temos:

vermelho alaranjado amarelo verde azul anil violeta

vermelho alaranjado amarelo verde azul anil violeta

v v v v v v v

n n n n n n n


➢ Obs.: continuidade óptica é a passagem da luz de um meio para outro com mesmo índicede refração absoluto.


✓ Leis da refração

Considere um raio de luz propagando-se no meio (1), incidindo na superfície de separação esofrendo refração.

1ª lei: O raio incidente RI, a reta normal N e o raio refratado RR são coplanares.

2ª lei ou Lei de Snell-Descartes

1 2n seni n senr=


Se n1 > n2 (meio 1 mais refringente que 2) então:

1 2n seni n senr i r =

o raio de luz se afasta da normal

Se n1 < n2 (meio 1 menos refringente que 2) então:

1 2n seni n senr i r =

o raio de luz se aproxima da normal


✓ Dispersão da luz branca

É o nome dado ao fenômeno que ocorre quando a luz policromática se refrata,decompondo-se nas diversas luzes monocromáticas que a constituem.

dispersão da luz branca em prismas


✓ Ângulo limite de refração

Considere um raio de luz propagando-se do meio (1) para o meio (2) tal que n1 > n2.À medida que o ângulo de incidência aumenta o ângulo de refração também aumenta.

1 2 90º menormaior menor

maior

nn seni n senr n senL n sen senL

n= = =


➢ Obs.: fibra ópticaSão dispositivos cuja finalidade é a de levar a luz para outro local mais distante.

Para isso, a luz deverá sofrer reflexão total no miolo da fibra.

Deverão ser cumpridas as seguintes situações:• o material transparente do miolo deverá ser mais refringente que o da capa (n2 > n1);• os raios de luz devem incidir nas paredes da fibra óptica com ângulo superior ao limite.


Na Medicina, as fibras ópticas são muito usadas em equipamentos para observaçãode órgãos internos. Um exemplo é a videolaringoscopia.


✓ Dioptro plano

Dioptro plano é o nome dado ao conjunto formado por 2 meios homogêneos etransparentes separados por uma superfície plana.

imagem virtual

Imagem e objeto estão do mesmo lado em relação à superfície, ocorrendo achamada elevação aparente da imagem.

O

I

O

I


e . '.'

, logo

' '. '. observador

objeto

x xtgi tgr p tgi p tgr

p p

Mas sen tg

nseni p pp seni p senr

senr p n p

= = =

= = =

O

I

x


✓ Lâmina de faces paralelasConjunto formado por 2 dioptros planos e paralelos.

se os meios externos são idênticos,então os raios R e R’ são paralelos

( ) e cos

( )Logo .

( ) cos cos

d esen i r r

RR RR

d e sen i rd e

sen i r r r

− = =

−= =

−


✓ Prisma ópticoÉ a associação de 2 dioptros planos cujas superfícies dióptricas não são paralelas.

ângulo de refringência (ou abertura)

Equações do prisma

desvio angular

1 2A r r= +

1 2i i A = + −

Experimentalmente descobriu-se que, se o desvio angular for mínimo, temos:

1 2 1 2 e mín i i r r = =

Assim temos:

( )1 1 2 2 1 2 1 2( ) ( )i r i r i i r r = − + − = + − +


✓ Arco-íris

É a dispersão da luz branca que ocorre em gotas de água. Quando existem gotas dechuva em suspensão no ar e olhamos do lado oposto àquele que se encontra o Sol, podemosver um arco-íris.

refração e dispersão

reflexão parcial

refração

C


Se a luz violeta de uma única gota chega ao olho do observador, a luz vermelha vindada mesma gota incide em algum lugar em direção aos pés. Para ver a luz vermelha, a pessoadeve olhar para uma gota que esteja mais elevada no céu


✓ MiragemQuanto mais denso for o meio, menor será a velocidade de propagação da luz,

consequentemente maior será o índice de refração do meio. Logo o índice de refração é umagrandeza proporcional à densidade do meio e inversamente proporcional àtemperatura.

1n d n

T


esquema da trajetória do raio incidente na miragem inferior


✓ Miragem superiorOcorre em regiões polares ou onde a água está em baixas temperaturas. Nessas condições,ocorre a formação de uma imagem invertida, em cima do objeto ou se sobrepondo a ele.


esquema da trajetória do raio incidente na miragem superior


➢ Obs.: por que o céu é azul?Um feixe de luz, ao incidir sobre um

átomo, aumenta o movimento oscilatório de seuselétrons. Os elétrons oscilantes reemitem a luzem diversas direções. A luz então é espalhada(espalhamento de Rayleigh).

Quanto menor for a partícula, mais luz de alta frequência será reemitida por ela. Naatmosfera, as partículas responsáveis por esse fenômeno são principalmente as moléculas deoxigênio e nitrogênio, que são menores que o comprimento de onda da luz e muito presentes.Das frequências visíveis que formam a luz solar, o violeta é a mais espalhada pelo nitrogênio eoxigênio da atmosfera, seguido pelo azul. Nossos olhos não são muito sensíveis ao violeta.


➢ Obs.: por que o pôr do sol é vermelho?A luz que não é espalhada é transmitida. O vermelho, que é a menos espalhada, é

a melhor transmitida, atravessando mais atmosfera do que as outras cores. A luz solar sepropaga através de uma atmosfera mais espessa durante o pôr do sol, razão pela qual opoente é avermelhado.


pôr do sol avermelhado

➢ Obs.: a lua sangrenta


➢ Obs.: as mudanças de cor da Lua no céuQuando a Lua está no zênite, isto é, no ponto acima da cabeça de um observador na

superfície da Terra, a luz da Lua tem que percorrer, dentro da atmosfera terrestre, umadistância igual a essa altura. (d – na figura).

Assim, pouca luz azul é espalhada pela atmosfera, e vemos a lua na cor amarela clara oubranca. No entanto, quando ela está no horizonte, os feixes de luz precisam percorrer umadistância muito maior dentro da atmosfera (D – na figura). Assim, muito mais luz azul seráespalhada pela atmosfera até que essa luz chegue ao observador na Terra, na mesma posiçãoanterior.


➢ Obs.: por que as nuvens são brancas?As nuvens são formadas por gotículas de água de tamanhos variados. Esses

diferentes tamanhos espalham luzes das mais variadas frequências: as menores espalhammais o azul; as ligeiramente maiores espalham mais o verde; e aquelas ainda maioresespalham mais o vermelho. O resultado geral é uma nuvem branca.

grande quantidade de água em nuvens de chuva, tornando-a muito espessa, fazem comque praticamente toda a luz seja absorvida antes de atravessar a nuvem


➢ Obs.: por que a água é azul-esverdeada?O azul profundo quando olhamos para o oceano é a cor do céu refletida na água. A

cor própria da água é um azul-esverdeado.Embora a água seja praticamente transparente à luz, ela absorve fortemente as

ondas infravermelhas. As moléculas de água entram em ressonância nas frequências da faixado infravermelho. A energia do infravermelho é convertida em energia interna da água, razãopela qual a água esquenta quando exposta à luz solar.

As moléculas de água acabam entrando um pouco em ressonância com a corvermelha, absorvendo-a mais que as demais cores. O complementar do vermelho é o ciano.

espuma branca


➢ Obs.: posição aparente dos astrosA atmosfera, como um todo, não pode ser considerada um meio homogêneo. À

medida que a altitude aumenta, a densidade do ar diminui e, consequentemente, diminui o seuíndice de refração. Assim, em camadas inferiores o índice de refração do ar é maior do que emcamadas mais altas.

Ao penetrar na atmosfera, o raio de luz passa a ser aproximar cada vez mais danormal. Um observador na Terra, recebendo esse raio, associa a ele uma trajetória retilínea evê o astro numa posição aparente.


Devido à elevação aparente é que o Sol pode ser visto, mesmo quando está abaixoda linha do horizonte, antes de nascer e após se pôr.

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