Refração Luminosa

Refração Luminosa – Conceitos e Definições

Refração

A refração da luz é um fenômeno que ocorre quando a luz passa de um meio para outro, variando sua velocidade de propagação e sofrendo desvio, como observamos nas figuras abaixo.onde os

  raios de luz ao passarem de um meio para outro sofrem desvios e parecem “quebrados”.

                                                                                     

Fenômenos que ocorrem junto com a refração da luz

O fenômeno da refração ocorre simultâneamente com os fenômenos da reflexão e absorção

mas predomina se os dois meios forem transparentes.

Índice de refração

Quando a luz passa de um meio transparente para outro, sua velocidade aumenta ou diminui devido as diferenças das estruturas atômicas das duas substâncias, ou de suas densidades ópticas ou índices de refração.

A maior velocidade da luz ocorre quando ela se propaga no vácuo ( e aproximadamente ) no ar, que é uma constante denominada de c  e cujo valor é c = 3.10⁸ m/s.

Em qualquer outro meio refringente (que oferece interferência à passagem da luz), que seja homogêneo e transparente, a velocidade da luz (V), é menor que c.

O índice de refração de um meio material depende do tipo de luz monocromática que nele se propaga.

Quando queremos indicar, entre dois meios, qual tem maior índice de refração, costumamos utilizar o termo refringência. Então, o meio que possuir menor índice de refração será menos refringente.

Assim, na tabela ao lado o diamante é mais refringente que o vidro, que por sua vez é mais refringente que a água.

Significado físico do índice de refração de um dado meio

O índice de refração de um meio representa a razão (comparação) entre a velocidade da luz no vácuo e  a velocidade da luz no meio, ou seja:

Características importantes sobre o índice de refração

O índice de refração é uma grandeza adimensional, isto é, não possui unidade de medida, já que é a razão entre duas grandezas de mesma unidade (velocidades).

O índice de refração do vácuo, por hipótese, é igual a 1.

Qualquer meio material refringente (que oferece interferência à passagem da luz), deve ter um índice de refração maior do que 1.

O índice de refração de determinado meio indica quantas vezes a velocidade da luz no vácuo é maior do que naquele meio.

Quando comparamos meios ópticos transparentes, é comum utilizar o termo refringência, portanto dizemos que um meio A é mais refringente que o meio B, se o índice de refração de A for maior que o índice de refração de B.

O índice de refração absoluto é inversamente proporcional à velocidade de propagação da luz no meio, isto é, quanto menor for a velocidade de propagação da luz, maior será o índice de refração do meio.

O índice de refração de um meio material depende da cor da luz monocromática que está se propagando nesse meio.

Índice de refração relativo

Definimos o índice de refração relativo do meio A em relação ao meio B, n_AB como sendo a razão entre o índice de refração absoluto do meio A (n_A) e o índice de refração absoluto do meio B (n_B), ou seja, n_AB = n_A/n_B (nessa ordem).

Desvio na refração

O desvio (d) na refração corresponde ao ângulo entre o prolongamento do raio incidente e o raio refratado (figura da esquerda).

No caso da incidência ser normal o raio de luz não sofre desvio e d = 0 (figura da direita).

Importante: Quanto maior for o índice de refração de um meio, menor será a velocidade da luz nele e maior será o desvio sofrido.

O que você deve saber, informações e dicas

O índice de refração é uma grandeza adimensional, isto é, não possui unidade de medida, já que é a razão entre duas grandezas de mesma unidade (velocidades).

O índice de refração do vácuo, por hipótese, é igual a 1.

Qualquer meio material refringente (que oferece interferência à passagem da luz), deve ter um índice de refração maior do que 1.

O índice de refração de determinado meio indica quantas vezes a velocidade da luz no vácuo é maior do que naquele meio.

Quando comparamos meios ópticos transparentes, é comum utilizar o termo refringência, portanto dizemos que um meio A é mais refringente que o meio B, se o índice de refração de A for maior que o índice de refração de B.

O índice de refração absoluto é inversamente proporcional à velocidade de propagação da luz no meio, isto é, quanto menor for a velocidade de propagação da luz, maior será o índice de refração do meio.

O índice de refração de um meio material depende da cor da luz monocromática que está se propagando nesse meio.

Continuidade Óptica

Consideremos dois meios transparentes A e B e um feixe de luz dirigindo-se de A para B.

Para que haja feixe refletido é necessário que n_A seja diferente de n_B.

Quando n_A = n_B, não há luz refletida e também não há mudança na direção da luz ao mudar de meio; nesse caso dizemos que há continuidade óptica.

Quando temos um bastão de vidro dentro de um recipiente contendo um líquido com o mesmo índice de refração do vidro, a parte do bastão que está submersa, não refletindo a luz, fica “invisível”

Exemplo de continuidade óptica (vidro imerso em tetracloroetileno)            

 

A Dispersão luminosa no arco-íris ocorre naturalmente e é resultado do espalhamento da luz em gotas de água em suspensão na atmosfera.

A luz sofre refração ao entrar e sair da gota, e reflexão dentro da gota.

Não há difração envolvida, visto que as dimensões envolvidas são muito maiores que o comprimento de onda da luz.

Na figura da esquerda, em 1 ocorre refração, em 2 reflexão, e em 3 nova refração.

Entre 1 e 2 e entre 2 e 3, ocorre dispersão.  

 

Observe na figura, que na dispersão da luz solar que provoca o arco-íris, a luz retorna ao meio original e, para que isso

aconteça o Sol tem que estar atrás do observador. 

A dispersão luminosa ocorre artificialmente quando a luz se dispersa como no interior de um prisma (figura da esquerda) ou passa do ar para a água (figura da direita), sendo mais desviada a luz

monocromática violeta (menor velocidade) e menos desviada a luz monocromática vermelha (maior velocidade).

Lembre-se que essa dispersão ocorre com uma infinidade de cores (infinidades de frequências) que estão compreendidas entre o vermelho e o violeta.

Predominância da refração e da reflexão de acordo a incidência da luz

Durante o dia, uma pessoa dentro de casa olha através do vidro de uma janela e enxerga o que está do lado de fora.

À noite, a pessoa olha através da mesma janela e enxerga sua imagem refletida pelo vidro, não enxergando o que está do lado de fora.

Isso ocorre porque durante o dia, a luz que atravessa o vidro da janela, proveniente dos objetos localizados no exterior da casa, é muito mais intensa que a luz refletida pelo vidro da janela, predominando a refração (luz externa mais intensa).

Já, durante a noite a luz interna é mais intensa que a externa, predominando a reflexão interna..

 

Confira os exercícios com resolução comentada