Olá pessoal! O Direto ao ponto tem como objetivo apresentar a teoria para aqueles que não querem perder tempo e precisam de um resumo de Física rápido da matéria. Vamos estudar a refração da luz!
Já estudamos os espelhos planos e os esféricos onde reinava o fenômeno da reflexão da luz. Agora, vamos estudar a 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, nAR = 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.
3. LEI DE SNELL – DESCARTES
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.
A Lei de Snell-Descartes foi proposta em 1621 pelo físico holandês Villebrod Snell e pelo físico francês René Descartes.
1a Lei da refração
- O raio incidente, a normal e o raio refratado são coplanares, ou seja, estão no mesmo plano.
- 2a Lei da Refração ou Lei de Snell-Descartes
Onde:
n1 e n2 – índice de refração dos meios 1 e 2, respectivamente.
sen (i) – seno do ângulo de incidência.
sen (r) – seno do ângulo de refração.
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.