O que é a refração
Lei de Snell - Descartes
Ângulo Limite e Reflexão Total
Exercícios sobre os ângulos na refração
Aplicando a Lei de Snell a partir sem os ângulos
Exercício de dispersão luminosa
Exercício de Reflexão total
Exercício de Dioptro plano
Refração da luz
O assunto deste Tópico, além de possibilitar o entendimento de muitos fenômenos comuns no nosso dia a dia – como a aparente profundidade menor de uma piscina, as miragens nas rodovias em dias quentes e o arco-íris –, é a base para a fabricação de muitos instrumentos ópticos extremamente úteis, como lunetas, microscópios, câmeras fotográficas, óculos, binóculos e projetores de imagens.
Índice de refração
Índice de refração absoluto
Uma grandeza de destaque no estudo da luz, relacionada à sua velocidade de propagação, é o índice de refração.
Considere uma dada radiação monocromática, que se propaga no vácuo com velocidade c e num determinado meio com velocidade v. Por definição, o índice de refração absoluto (densidade óptica ou, simplesmente, índice de refração) desse meio para a radiação monocromática considerada é a grandeza adimensional n, definida por:
n = c / v
Observe que, se o meio considerado for o próprio vácuo, teremos v = c e n = c /c = 1. Assim, o índice de refração absoluto do vácuo é igual a 1. Num meio material, porém, temos sempre v < c, consequentemente o índice de refração de um meio material é sempre maior que 1.
É importante notar que o índice de refração absoluto de um meio é inversamente proporcional à velocidade de propagação da luz no meio e nunca é inferior a 1:
No vácuo: n = 1
Nos meios materiais: n > 1
Obs.: É comum em muitos exercícios de vestibulares a adoção do índice de refração absoluto para o ar como sendo aproximadamente 1.
Influência da frequência da luz no índice de refração
O índice de refração do vácuo é igual a 1, qualquer que seja a luz considerada. O índice de refração de um meio material, por sua vez, mantidas as condições físicas, depende da frequência da luz considerada. Como a velocidade da luz num meio material diminui com o aumento da frequência (ver representação gráfica no item anterior), concluímos que o índice de refração aumenta quando a frequência aumenta:
A tabela a seguir mostra os valores do índice de refração do vidro “crown leve” para algumas cores:
O quadro a seguir mostra os índices de refração absolutos de diversos materiais para a luz amarela emitida pelo sódio, quando, por exemplo, queimamos cloreto de sódio numa chama.
Refringência e dioptro
Refringência
O conceito de refringência é importante, sobretudo, para o estudo da refração da luz.
Dizemos que um meio é mais refringente que outro quando seu índice de refração é maior que o do outro. Assim, a água (n ≈ 1,3) é mais refringente que o ar (n ≈ 1) e menos refringente que o diamante (n ≈ 2,4).
Em outras palavras, podemos dizer que um meio é mais refringente que outro quando a luz se propaga através dele com velocidade menor do que no outro.
Dioptro
Dioptro é um sistema constituído por dois meios transparentes de diferentes refringências, que fazem entre si fronteira regular. Se a fronteira (superfície dióptrica) for plana, teremos o dioptro plano; se for esférica, teremos o dioptro esférico, e assim por diante.
Os sistemas ar/água e ar/vidro, por exemplo, são dioptros, desde que as fronteiras entre esses meios sejam regulares.
Refração
Definição e propriedades
Refração da luz é o fenômeno que consiste no fato de a luz ser transmitida de um meio para outro opticamente diferente.
Nessa passagem de um meio para outro, a velocidade (v) de propagação da luz necessariamente se altera.
A frequência (f) não se altera na refração, fato que é observado não só com ondas luminosas, mas com qualquer tipo de onda. Como você verá, a alteração da velocidade de propagação provoca, em geral, um desvio da luz.
Leis da refração
O fenômeno da refração é regido pelas duas leis seguintes:
1ª Lei da Refração
O raio incidente, o raio refratado e a reta normal traçada pelo ponto de incidência estão contidos no mesmo plano.
2ª Lei da Refração (Lei de Snell)
A razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração é constante para cada dioptro e para cada luz monocromática. A Lei de Snell é expressa por:
n1 . sen(i) = n2 . sen(r)
- n1= índice de refração absoluto do meio material do qual a luz está partindo;
- sen(i) = seno do ângulo de incidência;
- n2 = índice de refração absoluto do meio material do qual a luz se destina;
- sen(r) = seno do ângulo de refração.