Física 3 - Refração da Luz e Reflexão Total + Video + Exercícios

Definição
Refração é a passagem da luz de um meio para outro.
Observamos que, quando um raio de luz incidente for oblíquo, a refração é acompanhada de desvio de direção, o que não acontece se a incidência do raio for perpendicular.

Indice de Refração Absoluto
Chamamos índice de refração absoluto de um meio para determinada luz monocromática a razão entre a velocidade da luz no vácuo ( c ) e a velocidade da luz no meio considerado ( v ).

n = índice de refração absoluto.
c = velocidade da luz no vácuo = 3,0 x 10⁸ m/s
v = velocidade da luz no meio considerado.

ATENÇÃO:

• O índice de refração absoluto no vácuo é igual a 1.
• Em qualquer outro meio o índice de refração absoluto é maior que 1. O índice de refração absoluto no ar é um valor próximo de 1, sendo assim vamos considerar n ( ar ) = 1.
• O índice de refração é inversamente proporcional à velocidade de propagação da luz, ou seja, quanto maior for o índice de refração de um meio, menor será a velocidade de propagação da luz nesse meio.
• O meio que tem maior índice de refração tem maior refringência e vice-versa. Refringência, portanto, é a medida do índice de refração absoluto.

Indice de Refração Relativo

O índice de refração de um meio A em relação ao meio B ( nA, B ) é obtido através da fórmula ao abaixo:
 

Leis da refração

1ª Lei : O raio incidente, o raio refratado e a reta normal são coplanares.

2ª Lei :  

(Fonte: algosobre.com.br)

 

Luz Mono e Policromática

De acordo com sua cor a luz pode ser classficada como Monocromática ou Policromática.

Frequência corresponde às diferentes cores com que vemos a luz.

Chama-se luz monocromática aquela composta de apenas uma cor, ou seja, uma frequência. Como por exemplo, a luz amarela emitida por lâmpadas de sódio.

Chama-se luz policromática aquela composta por uma combinação de duas ou mais frequências, como por exemplo, a luz branca emitida pelo sol ou por lâmpadas comuns.

Usando-se um prisma é possível decompor a luz policromática nas luzes monocromáticas que a formam, o que não é possível para as cores monocromáticas, como o vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta.

Um exemplo da composição das cores monocromáticas que formam a luz branca é o disco de Newton, que é uma experiência composta de um disco com as sete cores do espectro visível, que ao girar em alta velocidade, "recompõe" as cores monocromáticas, formando a cor policromática branca.

 Quanto maior a frequência da luz, maior sua refringência. A luz monocromática vermelha, é a de maior frequência, portanto, a de maior refringência. E a luz monocromática violeta é a de menor frequência, logicamente, a de menor refringência.

 (Fonte: sofisica.com.br)

 

Reflexão Total da Luz

Consideremos agora o caso em que o meio (1) é mais refringente. Isto é, esse meio tem um índice de refração maior do que o outro meio. Consideremos a luz incidente nesse meio mais refringente. Agora ver-se-á que o ângulo de incidência atinge um valor máximo o qual é o limite para incidência com a ocorrência de refração. Novamente aqui podemos argumentar que para ângulo de incidência nulo teremos ângulo de refração nulo. Ao aumentarmos o valor do ângulo de incidência teremos um aumento no ângulo de refração. No entanto, agora o ângulo de refração é sempre mais do que o ângulo de incidência (pois ). A determinação do ângulo limite de incidência é feita de uma maneira inteiramente análoga ao caso anterior. Utilizamos a lei de Snell-Descartes e lembrando que o maior valor possível (em princípio para o ângulo de refração) é 90o obtemos o ângulo limite de incidência ( ) ou seja: . Portanto, para . O que ocorre se a luz incidir num ângulo superior àquele limite dado pela expressão acima? Nesse caso, ocorre o que é a denominada de reflexão total. Isto é, a luz retorna para o meio do qual ela se originou. Simplesmente não ocorre refração. A ocorrência da reflexão total é responsável por um tipo de dispositivo utilizado hoje em larga escala na área das telecomunicações. Trata-se das fibras ópticas. As fibras ópticas permitem que a luz seja conduzida através da direção de uma fibra (a fibra óptica). Ela se tornou fundamental como meio para levar informações codificadas. E é hoje um dos principais instrumentos voltados para o trânsito de informações (na telefonia, por exemplo). (Fonte: efisica.if.usp.br)

Exercícios

01. (PUC) A figura abaixo mostra um raio de luz monocromática que incide na superfície de separação de dois meios homogêneos e transparentes A e B, vindo do meio A. Nessas condições o raio de luz emerge rasante à superfície. Chamando de n_A e n_B os índices de refração absolutos dos meios A e B, respectivamente, e de L o ângulo limite, então:

      a) n_A = n_B e a = L

      b) n_A > n_B e a = L

      c) n_A < n_B e a > L

      d) n_A < n_B e a = L

      e) n_A < n_B e a < L  

   

02.(UECE) As fibras ópticas, de grande uso diagnóstico em Medicina (exame do interior do estômago e outras cavidades), devem sua importância ao fato de que nelas a luz se propaga sem "escapar" do seu interior, não obstante serem feitas de material transparente. A explicação para o fenômeno reside na ocorrência, no interior das fibras, de: 

      a) reflexão total da luz;

      b) dupla refração da luz;

      c) polarização da luz;

      d) difração da luz;

      e) interferência da luz. 

03. (UNIFOR) Para responder à questão que segue, utilize o esquema e as informações abaixo. 

S - representa a superfície de separação entre os meios transparentes e homogêneos I e II. r₁, r₂ e r₃ - representam raios luminosos 

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas da seguinte frase: 

Se r₁, r₂ e r₃ forem, respectivamente, raios ____________, ____________ e ____________, o meio I é mais  _______________ que o meio II.  

      a) incidente - refletido - refratado - refletor

      b) refratado - incidente - refletido - refringente

      c) incidente - refletido - refratado - refringente

      d) refletido - refratado - incidente - refringente

      e) refletido - refratado - incidente - refletor 

04. (ITA) Com respeito ao fenômeno do arco-íris, pode-se afirmar que: 

I.   Se uma pessoa observa um arco-íris à sua frente, então o Sol está necessariamente a oeste.

II.  O Sol sempre está à direita ou à esquerda do observador. 

III. O arco-íris se forma devido ao fenômeno de dispersão da luz nas gotas de água. 

Das afirmativas mencionadas, pode-se dizer que: 

      a) todas são corretas;

      b) somente I é falsa;

      c) somente a III é falsa;

      d) somente II e III são falsas;

      e) somente I e II são falsas.

                                                                                                                                      (gabarito dado em sala)