Caderno 1 - Educacional

Professora Bruna
CADERNO 1
Capítulo 4
Fenômenos Ópticos: Refração, Absorção e Dispersão
da Luz
Professora Bruna
FENÔMENOS ÓPTICOS



No capítulo anterior demos início ao estudo dos fenômenos
ópticos.
Um fenômeno óptico ocorre quando a luz incide sobre uma
superfície.
Vimos que existe quatro fenômenos ópticos principais, para
os quais voltaríamos nossa atenção:




Reflexão.
Refração.
Absorção.
Dispersão.
Professora Bruna
A REFLEXÃO


O primeiro fenômeno óptico que estudamos foi a reflexão da
luz, que ocorre quando a luz que se propagava por um
determinado meio, ao incidir sobre uma superfície, retorna
para o mesmo meio.
Vimos também que reflexão pode ocorrer de duas maneiras:
reflexão regular e reflexão difusa.
Professora Bruna
REFRAÇÃO
Professora Bruna
A REFRAÇÃO


Agora, daremos início ao estudo de um segundo fenômeno
óptico: a refração.
O que é refração?


Refração é o fenômeno óptico que corresponde à passagem da luz
de um meio para o outro, desde que os dois meios em questão
sejam transparentes e homogêneos.
Como assim?
Professora Bruna
A REFRAÇÃO


Vamos supor que a luz propaga-se pelo ar e incide sobre um
determinada quantidade de água em um aquário. Ao
atingir a superfície da água, parte da luz será refletida e
parte da luz, consegue atravessar esta superfície de
separação e passa a se propagar na água.
Dependendo do ângulo de incidência da luz sobre a
superfície de separação, observaremos os fenômenos de
reflexão e refração simultaneamente, ou teremos uma
reflexão total do feixe de luz incidente.
Professora Bruna
A REFRAÇÃO

Como assim?
Professora Bruna
A REFRAÇÃO - CONSEQUÊNCIAS



Quando um feixe de luz que se propagava em um
determinado meio consegue atravessar uma superfície de
separação e passa a se propagar em outro meio, ocorre um
desvio em sua direção de propagação.
Isso acontece porque, ao passar de um meio para o outro, a
velocidade de propagação é alterada.
Por exemplo, ao passar do ar para a água, por exemplo, a
velocidade da luz é reduzida.
Professora Bruna
A REFRAÇÃO – ÍNDICE DE REFRAÇÃO


Vimos que: a velocidade de propagação da luz no ar é
aproximadamente igual a velocidade de propagação da luz
no vácuo, ou seja, 300.000 km/s, que é a maior velocidade
conhecida no mundo.
Podemos então determinar uma relação entre a velocidade
de propagação da luz no vácuo e outro meio a ser
considerado e a esta relação damos o nome de índice de
refração (n).
𝑐
𝑛=
𝑣
Professora Bruna
A REFRAÇÃO – ÍNDICE DE REFRAÇÃO

Sendo assim, o índice de refração é dado por:
𝑐
𝑛=
𝑣
Onde:
c é a velocidade de propagação da luz no vácuo
 v é a velocidade de propagação da luz no meio considerado.

Professora Bruna
A REFRAÇÃO – ÍNDICE DE REFRAÇÃO
Observação: Sabemos que não existe nenhuma velocidade no
mundo que seja maior que a velocidade da luz, portanto o
resultado da expressão
𝑐
𝑛=
𝑣
será sempre maior que 1.
Professora Bruna
REFRAÇÃO –ÍNDICE DE REFRAÇÃO

Observe a tabela abaixo:
Professora Bruna
A REFRAÇÃO – DESVIOS NA TRAJETÓRIA


Já comentamos que, uma das consequências da alteração
da velocidade de propagação da luz ao passar de um meio
para o outro, provoca um desvio na propagação de um feixe
de luz.
Vamos agora comentar as duas situações possíveis,
relacionadas a este desvio na trajetória: o caso em que ao
passar de um meio para o outro a luz tem sua velocidade
diminuída e o caso em que ao passar de um meio para o
outro a luz tem sua velocidade aumentada.
Professora Bruna
A REFRAÇÃO – DESVIOS NA TRAJETÓRIA

1º caso: ao passar de um meio para o outro a luz tem sua
velocidade diminuída.

Se a velocidade da luz diminuiu ao passar de um meio para o
outro, significa que ela passou de um meio menos refringente (com
menor índice de refração) para um meio mais refringente (com
maior índice de refração).

A consequência disso é sofrer um desvio em sua trajetória
aproximando-se da reta normal.
Professora Bruna
A REFRAÇÃO – DESVIOS NA TRAJETÓRIA

2º caso: ao passar de um meio para o outro a luz tem sua
velocidade aumentada.

Se a velocidade da luz aumentou ao passar de um meio para o
outro, significa que ela passou de um meio mais refringente (com
menor índice de refração) para um meio menos refringente (com
maior índice de refração).

A consequência disso é sofrer um desvio em sua trajetória
afastando-se da reta normal.
Professora Bruna
A REFRAÇÃO – DESVIOS NA TRAJETÓRIA

Como assim?
Professora Bruna
CALCULE E RESPONDA
Página 264
Professora Bruna
CALCULE E RESPONDA
Página 264
1- Admitindo que a luz se propaga no vácuo com uma
velocidade de 3 . 105 km/s, qual é o índice de refração absoluto
de um tipo de vidro em que a velocidade de propagação é de
1,7 . 105 km/s ?
𝑐
𝑛=
𝑣
𝑐 = 3 . 105 𝑘𝑚/𝑠
𝑣 = 1,7 . 105 𝑘𝑚/𝑠
3 . 105
𝑛=
1,7 . 105
𝑛 ≅ 1,76
Professora Bruna
CALCULE E RESPONDA
Página 264
2- Considerando-se que a velocidade da luz no vácuo é de
3 . 105 km/s, qual seria a velocidade de propagação da luz
através do diamante, cujo índice de refração é 2,42 ?
𝑛=
𝑐
𝑣
𝑐 = 3 . 105 𝑘𝑚/𝑠
𝑛 = 2,42
3 . 105
2,42 =
𝑣
3 . 105
𝑣=
≅ 1,24 . 105 𝑘𝑚/𝑠
2,42
Professora Bruna
CALCULE E RESPONDA
Página 264
3- Considere que a velocidade da luz no vácuo é de 3 . 105 km/
s e o índice de refração absoluto no ar é de 1,0003.
a-) Calcule a velocidade aproximada da propagação da luz no
ar.
𝑛=
𝑐
𝑣
𝑐 = 3 . 105 𝑘𝑚/𝑠
𝑛 = 1,0003
3 . 105
1,0003 =
𝑣
3 . 105
𝑣=
≅ 2,9991 . 105 𝑘𝑚/𝑠
1,0003
Professora Bruna
CALCULE E RESPONDA
Página 264
3b-) De quando diminuirá aproximadamente a velocidade da
luz ao passar do vácuo para o ar?
A velocidade da luz era 3 . 105 𝑘𝑚/𝑠 (300.000 km/s) e passou a
ser 2,9991 . 105 𝑘𝑚/𝑠 (299.910 km/s), portanto a velocidade
sofreu uma redução de:
300.000 − 299.910 = 90 km/s
Professora Bruna
ABSORÇÃO
Professora Bruna
A ABSORÇÃO

A absorção é o fenômeno óptico que ocorre quando, a luz
que se propagava por um determinado meio ao incidir em
uma determinada superfície, nem retorna para o mesmo
meio, nem atravessa a superfície, mas sim é absorvida por
ela.
Professora Bruna
A ABSORÇÃO – CONSEQUÊNCIAS


Uma consequência importante da absorção da luz é o
aumento da temperatura dos corpos.
Isso ocorre porque, os raios
energia luminosa, energia
superfície ao absorver a luz,
térmica carregada por ela, e
temperatura aumentada.
de luz carregam além de
térmica. Portanto, uma
absorve também a energia
consequentemente tem sua
Professora Bruna
A ABSORÇÃO – CONSEQUÊNCIAS


Por isso, é comum que em dias ensolarados, as pessoas
prefiram utilizar roupas claras ao invés de roupas escuras.
Uma camiseta preta, como sabemos, absorve toda luz que
incide sobre ela, absorvendo também toda a energia
térmica transmitida por ela. Por isso a sensação de calor
quando usamos uma camiseta preta, em um dia de sol.
Professora Bruna
A ABSORÇÃO – CONSEQUÊNCIAS

É importante lembrar que: para luz incidindo sobre uma
superfície, os fenômenos ópticos da reflexão, refração e
absorção ocorrem simultaneamente.
Professora Bruna
DISPERSÃO
Professora Bruna
A DISPERSÃO


A dispersão é um fenômeno ótico que ocorre quando um
feixe de luz policromático (composto por várias cores) incide
em um meio transparente - limitado por duas faces planas
não paralelas, com índice de refração menor que o do ar
(um prisma por exemplo) - e é decomposto em todas as
cores que o compõe.
Resumindo: a dispersão é a decomposição de um feixe de
luz policromático ao sofrer refração.
Professora Bruna
A DISPERSÃO

Como assim?
Professora Bruna
A DISPERSÃO



A dispersão é o fenômeno óptico relacionado à formação de
um arco-íris, por exemplo.
Nesta situação, a luz branca (composta de todas as cores)
proveniente do Sol, incide sobre pequenas gotículas de
chuva suspensas no ar, sofre refração ao passar de um meio
para o outro (do ar para a água) e sofre dispersão.
É por isso que só vemos arco-íris em dias chuvosos ou em
regiões de quedas d’água.
Professora Bruna
A DISPERSÃO


Quando temos luz branca incidindo sobre um prisma, como
o caso observado na figura, vemos que ela se decompõe em
um espectro contínuo.
As velocidade para cada cor de luz dentro do prisma é
diferente e por isso podemos observar a dispersão.
Professora Bruna
A DISPERSÃO


Notemos que a cor que menos se desvia é a vermelha e a
cor que mais se desvia é a violeta.
Vale lembrar que no espectro da luz visível, a cor vermelha
possui menor frequência e maior comprimento de onda e a
cor violeta possui maior frequência e menor comprimento
de onda. Estes fatores relacionam-se com a velocidade de
propagação da luz nos mais diversos meios.
𝑣 = λ .𝑓
Professora Bruna
A DISPERSÃO

Observe as velocidades da luz para as diversas cores que
compõem a luz branca.
Professora Bruna
ATIVIDADES
Página 266
ATIVIDADES

Atividade 1 – B

Atividade 2 – C

Atividade 3 – D

Atividade 4 - B
ATIVIDADES

Atividade 5 – C

Atividade 6 – D

Atividade 7 – B

Atividade 8 – A
ATIVIDADES

Atividade 9 – B

Atividade 10 – D

Atividade 11 – C

Atividade 12 – B