refração da luz - NS Aulas Particulares

I) FÓRMULA DE REFRAÇÃO DA LUZ
c
V
n = índice de refração: representa quantas vezes a
velocidade da luz no meio em questão é menor que a
velocidade da luz no vácuo.
n
nar = nvácuo = 1
REFRAÇÃO DA LUZ
Fenômeno que ocorre quando a luz muda seu meio
de propagação, com mudança em sua velocidade.
Porém é válido lembrar que simultaneamente com a
refração ocorre também a reflexão e absorção da luz.
c = velocidade da luz no vácuo.
c = 300.000 km/s = 3.105 km/s = 3.108 m/s
V = velocidade da luz em outro meio.
OBS.: Quanto maior o valor do índice de refração
(meio mais refringente), menor será o valor da
velocidade, e vice-versa.
î = ângulo de
incidência
r = ângulo de
refração
r’ = ângulo de
reflexão
O ar e o vácuo são os meios menos refringentes.
O raio de luz vem do meio
menos refringente e vai para o
mais refringente ele se aproxima
da reta normal.
O raio de luz vem do meio mais
refringente e vai para o menos
refringente ele se afasta da reta
normal.
Para ajudar a memorizar, podemos dizer que
quando o raio está no meio mais refringente, ele
está mais apaixonado pela reta normal, então ele
fica mais próximo dela.
Já quando o raio está no meio menos refringente,
ele está menos apaixonado pela reta normal,
então ele fica mais afastado dela.
II) LEI DE SNELL-DESCARTES
n A .sen i  nB .sen r
n BA 
n B sen i V A


n A sen r VB
i = ângulo de incidência
r = ângulo de refração
nA = índice de refração no meio de incidência
nB = índice de refração no meio refratado
nBA = índice de refração relativo
VA = Velocidade da luz que vem do meio de
incidência
VB = Velocidade da luz que vai para o meio de
refração
Quando um raio de
luz incide normal
(perpendicular) a
uma superfície, ele
não sofre desvio em
sua trajetória.
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III) ÂNGULO LIMITE
L = Ângulo limite: Ocorre somente quando o raio
de luz se propaga do meio mais para o meio menos
refringente.
n
sen L  MENOR
nMAIOR
IV) APLICAÇÃO DE ÂNGULO LIMITE
1) Determinação do raio da cobertura circula que
impede ver o objeto de qualquer posição fora da
água à partir da profundidade e do ângulo limite.
a) Refração e Reflexão: i < L
(na figura está representada apenas a refração
porém devemos lembrar que também ocorre a
reflexão como em espelho plano)
sen L 
nMENOR
nMAIOR
tg L 
sen 2 L  cos 2 L  1
sen L R

cos L x
b) Ângulo Limite: i = L (refração e reflexão)
2) Fibra óptica: O raio de luz interno na fibra óptica
incide com um ângulo maior que o LIMITE,
sofrendo assim uma reflexão total.
c) Reflexão Total: i > L (não há refração)
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V) DIÓPTRO PLANO
VI) LÂMINAS DE FACES PARALELAS
Conjunto de dois meios homogênios e transparente,
separados por uma superfície plana. Estes geram
imagens deslocadas devido a refração da luz.
nVEM
p

nVAI
p'
ou
nOBJETO
nOBSERVADOR

p
p'
nVEM ou nOBJETO = índice de refração do meio que o
raio de luz vem (onde está o objeto)
nVAI ou nOBSERVADOR = índice de refração do meio
para onde o raio vai (onde está o observador)
p = distância do objeto até a superfície
p’ = distância da imagem até a superfície
a) Para um observador fora da água que observa um
objeto imerso, ele vê a imagem mais próxima da
superfície.
É um conjunto de 3 meios homogênios e
transparentes, separados por duas superfícies planas
e paralelas.
Um exemplo comum é o vidro de uma janela que
divide o meio interno de uma casa e o meio externo.
É comum observar um desvio na trajetória do raio
de luz. Considerando que o vidro está imerso em um
meio igual em ambas as faces, os raios de incidência
(que entra no vidro) e de emergência (aquele que sai
do vidro) são paralelos.
d e
sen (i  r )
cos r
Lei de Snell-Descartes: n A .sen i  nB .sen r
d = desvio lateral sofrido pelo raio
e = espessura da lâmina
i = ângulo externo
r = ângulo interno
nA = índice de refração do meio externo
nB = índice de refração do meio interno
b) Caso o observador esteja dentro da água olhando
para um objeto no ar, ele verá a imagem mais
afastada da superfície.
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VII) PRISMA
VIII) PRISMA: DESVIO MÍNIMO
Figura geométrica feita de material transparente
onde ao entrar um raio de luz este sofrerá um desvio
em cada face do prisma. A soma destes desvios dará
o desvio total sofrido pelo raio ao emergir (sair) do
prisma.
É o menor desvio sofrido por um raio de luz ao
atravessar um prisma transparente.
Ocorre quando o ângulo de incidência na primeira
face é igual ao ângulo de emergência (de refração na
segunda face), ou seja, i1 = i2 . Sendo assim, o ângulo
de refração na primeira face será igual ao ângulo de
incidência na segunda face, ou seja,
r1 = r2 .
Lei de Snell-Descartes:
n AR .sen i1  nVIDRO .sen r1 n AR .sen i2  nVIDRO .sen r2
1  i1  r1
 2  i2  r2
A  r1  r2
 TOTAL  i1  i2  (r1  r2 ) ou  TOTAL  i1  i2  A
nAR = índice de refração do ar
Lei de Snell-Descartes: n AR .sen i  nVIDRO .sen r
 FACE  i  r
A  2.r
 MÍNIMO  2.i  2.r ou  MÍNIMO  2.i  A
nVIDRO = índice de refração do vidro
i1 = ângulo de incidência na face 1
nAR = índice de refração do ar
r1 = ângulo de refração na face 1
nVIDRO = índice de refração do vidro
r2 = ângulo de incidência na face 2
i = ângulo de incidência na face 1 = ângulo de
emergência (de refração na face 2)
i2 = ângulo de emergência (de refração na face 2)
A = ângulo de refringência (é o ângulo do vértice do
triângulo)
r = ângulo de refração na
face 1 = ângulo de incidência na face 2
1 = desvio na face 1
A = ângulo de refringência (é o ângulo do vértice do
triângulo)
2 = desvio na face 2
FACE = desvio em cada face
TOTAL = desvio total = 1 + 2
MÍNIMO = desvio total mínimo
Obs.: Raio de luz que entra normal à face 1 e
emerge rasante à face 2
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IX) DISPERSÃO DA LUZ
É a separação das cores de um raio de luz. Isto
ocorre devido a cores diferentes terem velocidades
de propagação da luz distintas.
A cor vermelha é a que tem maior velocidade de
propagação e a cor violeta, neste mesmo meio, é a
que tem menor velocidade. Por conseqüência, o
índice de refração deste meio para a vermelha é
mínimo, enquanto para a violeta é máximo.
Assim sendo, em um raio de luz branca, ao mudar
de meio e sofrer refração, as cores irão se separar,
onde a cor violeta é a que sofrerá maior desvio,
enquanto que a cor vermelha é a que sofre menor
desvio.
Cor
Vermelha
Violeta
Velocidade
maior
menor
Cor
Vermelha
Violeta
Comprimento
de onda
maior
menor
Cor
Vermelha
Violeta
Frequência
menor
maior
Índice de refração
mínimo
máximo
Desvio
mínimo
máximo
Índice de refração
Desvio
mínimo
máximo
mínimo
máximo
Índice de refração
mínimo
máximo
Desvio
mínimo
máximo
No prisma, o raio de luz branca sofre duas
refrações, gerando a dispersão da luz:
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