Refração luminosa

Refração luminosa

1. Refração da luz é um fenômeno que ocorre nas ondas eletromagnéticas que são transmitidas através de algum meio translúcido ou transparente. Quando a luz penetra em meios refringentes, ou seja, capazes de refratar a luz, a sua velocidade diminui. Além disso, de acordo com o ângulo de incidência, é possível que a luz seja defletida de modo que sua direção de propagação sofra mudanças.

   • A refração da luz é determinada pela diminuição em sua velocidade de propagação. Tal diminuição, por sua vez, é medida por meio de um número chamado índice de refração. O índice de refração mede a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz em outros meios.
     • No vácuo, a velocidade da luz tem o seu valor limite: aproximadamente 300 mil quilômetros por segundo (c = 3,0.105 km/s). Quando a luz atravessa algum meio transparente, como o ar ou água, a sua velocidade é diminuída para uma fração de sua velocidade no vácuo. Quanto mais refringente for um meio óptico, maior será a redução da velocidade da luz. No diamante, por exemplo, cujo índice de refração é de 2,4, a velocidade da luz é cerca de 2,4 vezes mais lenta do que no vácuo.
       • Além da mudança de velocidade, a luz também pode sofrer variações em seu ângulo de incidência. Isso ocorre quando ela atravessa a interface entre dois meios de índices de refração diferentes. Entretanto, esse desvio lateral não acontece se a luz incidir perpendicularmente à superfície que faz a separação entre dois meios ópticos. Quer saber mais sobre como ocorre essa deflexão? Acesse o nosso texto sobre a lei de Snell. No fenômeno de refração, a frequência da luz não se altera, entretanto, sua velocidade e comprimento de onda variam de maneira inversamente proporcional: se a velocidade da luz diminui, seu comprimento de onda aumenta e vice-versa.
         • O índice de refração é calculado pela divisão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz em um determinado meio óptico. Além disso, o índice de refração de um meio também varia de acordo com a frequência da luz incidente, por exemplo: o índice de refração para a frequência da luz violeta é maior do que o índice de refração para a luz vermelha.
           • É por esse motivo que a luz pode sofrer dispersão após ser transmitida através de um prisma, dando origem ao espectro eletromagnético visível, como ocorre nos arcos-íris. Adiante, veremos como podemos calcular o índice de refração.
             • A refração da luz pode ser calculada por meio de algumas fórmulas simples. A fórmula seguinte permite calcular o índice de refração de algum meio,
               • n - índice de refração c - velocidade da luz no vácuo (c = 3,0.108 m/s) v - velocidade da luz em outros meios
         • A reflexão total é um fenômeno óptico que ocorre quando a luz incidente sobre uma superfície que separa dois meios, no sentido do maior para o menor índice de refração, é totalmente refletida, permanecendo no meio de origem. Esse fenômeno só ocorre se o ângulo de incidência for maior que o chamado ângulo limite.
           • O ângulo limite é o menor ângulo de incidência necessário para que o ângulo de refração de um raio de luz, na passagem de um meio com maior para outro com menor índice de refração, seja de 90º.
       • Outra fórmula importante da refração da luz é conhecida como lei de Snell-Descartes. Essa permite que calculemos o ângulo de refração da luz, por exemplo. Confira: n1 e n2 - índice de refração dos meios 1 e 2 θ1 e θ2 - ângulos de incidência e refração, respectivamente
         • O dioptro plano apresenta dois meios transparentes e homogêneos separados por uma superfície plana. Como exemplo, podemos citar a superfície de lagos ou piscinas que separa a água do ar. Se estivermos em um dos dois meios que formam o dioptro plano, a visualização que teremos do objeto no outro meio será afetada pela refração da luz. A relação entre a posição do objeto e a posição da imagem visualizada pode ser obtida se os índices de refração dos dois meios forem conhecidos.
           • Uma lâmina de faces paralelas é um corpo relativamente pouco espesso, de material transparente, que possui duas faces paralelas. Um exemplo simples é uma lâmina de vidro (índice de refração n2) imersa no ar (índice de refração n1). Uma lâmina de faces paralelas é definida como um sistema constituído de dois dioptros planos cujas superfícies são paralelas.
             • Quando uma lâmina de faces paralelas está imersa em um meio homogêneo e transparente, o raio de luz incidente na lâmina e o respectivo raio de luz emergente da lâmina são paralelos entre si, pois sofrem duas refrações que provocam variações exatamente opostas (por exemplo, primeiro, do ar para o vidro, na face de incidência; depois, do vidro para o ar, na face de emergência).
               • Deslocamento lateral (d)
                 • para o cálculo de d em função de (i), (r) e (e), consideramos os triângulos IGI’ e INI’:
                   • d é igual a e. sen i-r sobre cos de r