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By Lucien Silvano Alhanati

  Física

Luz LUZ

Fenômenos Básicos LUZ02

Refração da luz LUZ0202

O que se entende por refração da luz? LUZ020201

A refração da luz consiste na mudança de direção de propagação quando ela atravessa a superfície de separação de dois meios diferentes.

 Qual é a causa da refração da luz? LUZ020202

A refração é causada pela mudança da velocidade de propagação da luz.

 Como se denomina a superfície refratora? LUZ020203

A superfície capaz de causar a refração é denominada de diótrico

 O que pode ser afirmado sobre as posições do raio incidente, do raio refratado e da normal ao diótrico? LUZ020204

O raio incidente, o refratado e a normal ao diótrico estão contidos no mesmo plano.

Qual é a relação entre o ângulo de incidência do raio luminoso e o ângulo de refração? LUZ020205

Denominamos de ângulo de incidência i ao ângulo formado pelo raio incidente com a normal.
Denominamos de ângulo de refração r ao ângulo formado pelo raio refratado com a normal.

Quando a frente de onda incidente atinge a posição AB, inicia-se a refração. A extremidade A estará se deslocando com uma velocidade V2 enquanto a B ainda se desloca com uma velocidade V1 até atingir a posição C.
Quando a frente de onda refratada assume a posição CD termina a refração, sendo BC = V1.t e 
AD = V2.t, onde t é o tempo gasto nos deslocamentos.
Os ângulos i são iguais (lados respectivamente perpendiculares). Os ângulos r são iguais pelo mesmo motivo.
Os triângulos ACD e ACB possuem a mesma hipotenusa AC.
No triângulo ACB >>> sen i = BC / AC >>> sen i = V1.t / AC
No triângulo ACD >>> sen r = AD / AC >>> sen r = V2.t / AC
Comparando as duas igualdades >>> sen i / sen r = V1 / V2 

Concluímos:

A razão sen i / sen r é constante para um par de meios considerados e depende das velocidades de propagação

Caso particular importante:
Quando a luz incide perpendicularmente ao diótrico a mudança da velocidade de propagação ocorre simultaneamente em todos os pontos da frente de onda não havendo mudança na direção de propagação, isto é, não há refração

 Qual o conceito de índice de refração absoluto de um meio? LUZ020206

Denominamos de índice de refração n1 absoluto de um meio 1 à razão entre a velocidade c da luz no vácuo e a velocidade V1 da luz no meio considerado.

n1 = c / V1

Importante:

Como a velocidade da luz no vácuo é máxima, o índice de refração absoluto de um meio material é sempre um número maior do que 1 >>> n1 > 1

Qual o conceito de índice de refração relativo entre dois meios? LUZ020207

Denominamos de índice de refração do meio 2 em relação ao meio 1 n2,1 à razão entre os índices de refração absoluto dos meios 2 e 1.

n2,1 = n2 / n1 

Como n2 = c / V2  e  n1 = c / V1 então

n2,1 = V1 / V2 

Qual é a relação entre o ângulo de incidência do raio luminoso, o ângulo de refração e os índices de refração absolutos dos meios onde a luz se propaga? LUZ020208

Consideremos a refração mostrada na figura

sen i / sen r = V1 / V2  >>> sen i / sen r = n2,1 >>> sen i / sen r = n2 / n1  ou que

n1.sen i = n2.sen r

O que se entende por um meio mais refringente? LUZ020209

Dizemos que um meio é tão mais refringente quanto maior for o seu índice de refração absoluto.

Conseqüências:

Propriedade Meio 1 Meio 2
Refringência menor maior
Índice de refração absoluto  menor maior
Velocidade de propagação maior menor
Ângulo com a normal maior menor

Regra prática para os meios vácuo, ar, água e vidro:
quanto maior a densidade maior a refringência  nvácuo < nar < nágua < nvidro 

É importante salientar que se trata de uma regra prática não aplicável a outros meios, uma vez que não há teoricamente uma relação entre a densidade e o índice de refração.

Como ocorre a bipartição energética entre a luz refletida e refratada? LUZ020210

Sempre que ocorre uma refração h;a uma bipartição energética da luz incidente, isto é, uma parte da luz incidente se refrata e outra parte se reflete.
A divisão da energia incidente depende da natureza da superfície e da natureza dos meios onde a luz se propaga. 
Para uma mesma superfície e para um mesmo par de meios a bipartição energética depende ainda do ângulo de incidência da luz no diótrico. Como regra geral podemos afirmar que quanto maior for o ângulo de incidência maior será a parcela refletida e menor a refratada.

O que é ângulo limite? LUZ020211

Ângulo limite é o maior ângulo de incidência capaz de produzir refração, ou seja é o ângulo de incidência que corresponde a um raio refratado rasante, o que só ocorre quando a luz se propaga de um meio mais refringente para um menos refringente.

O que é a reflexão total? LUZ020212

É o fenômeno que ocorre quando a luz incide com um ângulo superior ao ângulo limite.
A reflexão total só ocorre quando a luz se propaga de um meio mais refringente para um menos refringente.

Aplicações da reflexão total:

  • Prismas de reflexão total são dispositivos que substituem os espelhos nos sistemas óticos.

  • Fibras óticas são fibras de material flexível e transparente no interior do qual caminha a luz sofrendo reflexões total o que permite mudar a direção de propagação da luz, mudando a forma do conduto.

As fibras óticas possuem larga aplicação em diversos ramos da tecnologia:
na medicina em diversos exames e cirurgias
nas transmissões de dados etc

Qual é o valor do ângulo limite entre dois meios? LUZ020213

Consideremos os meio mostrados na figura

Sabemos que:  n1.sen i = n2.sen r >>> n1.sen L = n2.sen 90o >>> n1.sen L = n 

sen L = n2 / n1 

Se o meio 2 for o vácuo >>> n2 = 1

sen L = 1 / n1 

Trabalhando com ângulos pequenos (menores que 10o) LUZ020214

Quando trabalhamos com ângulos pequenos, inferiores à 10o é possível confundir o arco em radianos com o seno e a tangente. Veja a justificativa na consulta TRG020105

para arcos a < 10o 
arco a = sen a =
tg a

Qual é o aspecto da relação entre o ângulo de incidência do raio luminoso, o ângulo de refração e os índices de refração absolutos dos meios onde a luz se propaga, quando os ângulos são pequenos (menores que 10o)? LUZ020215

Quando ocorre a refração sabemos que >>> n1 sen i = n2 sen r
Quando os ângulos são pequenos, confundindo o seno com o arco teremos:

n1 i = n2 r

Qual é a relação entre o índice de refração de um meio material e a freqüência da radiação luminosa? LUZ020216

No vácuo todas as freqüências da radiação luminosa propagam-se com a mesma velocidade.
Nos meios materiais as diferentes freqüências propagam-se com velocidades diferentes.
Como o índice de refração absoluto n de um meio é a razão entre a velocidade da luz no vácuo c e a velocidade da luz no meio V, >>> n = c / V .
Podemos concluir que um meio material tem vários índices de refração, sendo um para cada freqüência luminosa

O que é a dispersão da luz? LUZ020217

Consiste na decomposição de uma radiação luminosa heterocromática nas radiações componentes, quando ocorre a refração, motivada pelos diferentes índices de refração de cada meio material.

A experiência nos mostra que os meios materiais possuem índices de refração maiores para as freqüências maiores.
Conseqüentemente numa refração da luz passando do vácuo para um meio material as radiações de maior freqüência se aproximam mais da normal.


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