Olá queridos alunos do 9º ano. Vamos estudar agora o assunto refração da luz!

 

1. O QUE É A LUZ?

A luz é um tipo de onda eletromagnética que varre uma certa faixa de frequência. Uma onda eletromagnética é constituída por um campo elétrico e um campo magnético variáveis no tempo e no espaço, ambas perpendiculares entre si.

Existem alguns parâmetros importantes na compreensão das ondas.

• Frequência (f): número de variações completas de um desses campos por segundo. A unidade de frequência é Hertz (Hz) e 1 Hertz significa que ocorre uma variação completa dos campos a cada segundo.
• Período (T): tempo que leva para uma completa variação dos campos elétrico e magnético é o. A frequência é o inverso do período.
• Comprimento de onda (λ): distância percorrida pela luz durante 1 período.

A velocidade de uma onda pode ser calculada pela expressão:

 

 

No vácuo, a velocidade da luz ou de qualquer onda eletromagnética é a mesma e a maior possível no Universo. Denotamos a velocidade da luz pela letra c.

c = 3.10⁵ km/s = 3.10⁸ m/s

Todas as cores no vácuo possuem essa velocidade. Porém, ao entrar em qualquer meio, cada cor tem uma velocidade distinta. A luz da cor vermelha é sempre a mais rápida dentre as outras cores e a luz violeta é a mais lenta.

2. O FENÔMENO DA REFRAÇÃO

O experimento abaixo é bem simples de realizar e ilustra este fenômeno.

A luz sofre um desvio ao passar de um meio (água) para outro meio (ar). A passagem desse feixe de um meio para outro é conhecida como refração da luz.

A velocidade e o comprimento de onda da luz mudam quando o raio de luz atravessa a superfície que divide os dois meios (dioptro).

A frequência depende apenas de quem forma a onda e não do meio que ela se propaga, por isso não se altera neste fenômeno.

2.1 Índice de refração (n)

A luz sofre um desvio quando passa de um meio para outro devido a mudança na sua velocidade. Pense que cada meio oferece uma “resistência” ao movimento da luz.

Para medir essa resistência, os físicos introduziram o índice de refração absoluto (n), que compara a velocidade da luz em um determinado meio (v), com a velocidade da luz no vácuo (c).

No vácuo, o índice de refração é n = 1, o menor possível, pois v = c.

No ar, a velocidade pouca muda em relação ao vácuo e seu valor é muito próximo de 1. Para efeito de cálculos, n_AR = 1.

 

2.2 Classificação dos meios

Entre dois meios onde ocorre a refração, o que apresenta maior índice de refração é denominado mais refringente e o que apresenta menor índice de refração é denominado menos refringente.

 

Observe a figura abaixo com os elementos importantes no estudo da refração.

• Dioptro: superfície que separa os dois meios.
• Normal: linha imaginária perpendicular à superfície que divide os dois meios (dióptro).
• Ângulo de incidência: o ângulo entre o raio incidente (raio de luz no meio 1) e a normal.
• Ângulo de refração: o ângulo entre o raio refratado (raio de luz no meio 2) e a normal.

3.1 Comportamento da luz

Quando a luz passa de um meio menos refringente para um meio mais refringente, o raio de luz se aproxima da normal.

O ângulo de refração é menor que o ângulo incidente.

Quando a luz passa de um meio mais refringente para um meio menos refringente, o raio de luz se afasta da normal.

O ângulo de refração é maior que o ângulo incidente.

Quando um raio de luz incide sobre a normal, não há desvio do raio.

4. DISPERSÃO LUMINOSA

Isaac Newton observou que a luz branca se decompunha em várias cores quando atravessava um prisma. Isso ocorre, pois o índice de refração é diferente para cada cor dentro de um meio diferente do vácuo (neste meio, as cores possuem a mesma velocidade).

O menor índice de refração é para a luz vermelha e o maior índice de refração é para a luz violeta. Por isso, a luz violeta desvia mais que a luz vermelha.