Refração da Luz

Esta experiência se propõe medir o índice de refração de um material transparente a partir do estudo das relações de refração da luz. Novamente é impraticável a obtenção de séries extensivas de medidas e são, portanto, encaminhados alguns critério adicionais que auxiliam na estimativa das incertezas.

            Variação  da velocidade de propagação da luz quando ocorre mudança de meio. Esta variação quase sempre vem acompanhada de desvio do raio luminoso.

·         Índice de Refração Absoluto de um meio (N):
N = c / V     N meio  ,   c = Velocidade da luz no vácuo    , V = Velocidade da luz no meio;
- Vácuo: c : N(vácuo)  = 1
- Ar: V(ar) : N(ar) = (aproximadamente) 1;
- Água: V(água) : N(água) > 1;
- Vidro: V(vidro) : N(vidro) > 1 ;
Conclusão: N > ou igual 1 .
Obs.: N mede a dificuldade que a luz encontra em viajar. 

·         Índice de Refração Refração Relativo:
N_A,B = N_A / N_B = V_B / V_A         

·         Leis da Refração:

o    1º - Raio Incidente (RI) , Reta Normal (N) e Raio Refratado (RR) são coplanares;

o    2º - Snell Descartes:
N₁ . Sen i = N₂. Sen r 

Refração Atmosférica 

1.      A luz, ao entrar na atmosfera terrestre, sofre pequenas variações ao passar dentre as diversas camadas de ar. 

2.      Pela refringência ser diretamente proporcional a densidade, a luz desvia do menos refringente para o mais refringente, aproximando-se da reta normal;

3.      Quando chega perto do chão existe um ar super aquecido de menor densidade que provoca um desvio do meio mais refringente para o mais refringente, provocando, as vezes, a reflexão total. Isso caracteriza as miragens e as impressões de asfalto molhado que temos;

Reflexão e Refração

Quando um pulso de uma corda atinge uma extremidade (que pode ser fixa ou livre) nota-se que ele volta e, esse fenômeno é denominado reflexão de um pulso.

• Extremidade fixa:
  Quando o pulso de um corda choca-se com uma extremidade fixa, o pulso volta tendo sofrido um inversão de fase, ou seja, reflexão com inversão de fase, onde o suporte da corda exerce uma força de reação em sentido contrário.

• Extremidade livre:
  Quando o pulso de corda atinge um extremidade livre, ele volta não sofrendo um inversão de fase, isto é, sofre um reflexão sem inversão de fase. Isso acontece porque a extremidade livre não exerceu a força de reação esperada e, assim o eixo movimenta-se para cima e para baixo acompanhando o movimento do pulso.

Considere agora um sistema de duas cordas diferentes onde uma é mais pesada que a outra. Com o sistema montado produz-se um pulso na extremidade da corda de menor densidade linear em direção da corda de maior densidade. O que ocorre é que para a corda de menor densidade, a corda de maior densidade funcionará como uma extremidade fixa, no entanto esta sofrerá uma refração de pulso onde parte do pulso da corda de menor densidade passa para a corda de maior densidade. Assim o pulso refratado sai na mesma fase em que foi recebido, ou seja, se o pulso estiver para cima, o pulso refratado também estará para cima e vice-versa, com isso o pulso refletido sofrerá uma inversão de fase e o pulso refratado não sofrerá.

Se invertermos o sistema e aplicarmos uma força na corda de maior densidade, a corda de menor densidade funcionará como uma extremidade livre e, assim q o pulso atingi-la ela irá refratá-lo e, como já havia sido dito, o pulso refratado não sofre inversão de fase. O pulso refletido também não sofrerá uma inversão de fase, devido à corda de menor densidade funcionar como uma extremidade livre.

 

Definição de Refração da luz

Por que a luz se desvia ao passar de um meio transparente para outro?
Desde o século 19 já se sabia que a luz é uma forma de onda que se propaga com alta velocidade. Mas, essa velocidade depende do meio por onde a luz está se propagando. No ar, a velocidade da luz é quase 300.000 quilômetros por segundo. No interior de um vidro transparente ela se reduz a uns "meros" 200.000 km/s. É essa mudança de velocidade que faz o feixe de luz se desviar ao passar do ar para o vidro.

O astrônomo John Herschell explicou esse desvio com uma analogia engenhosa. Ele comparou a onda de luz a uma formação de soldados que passa de um chão rijo (asfalto) para outro mais frouxo (areia). É claro que na areia a velocidade das fileiras de soldados fica reduzida. O resultado disso é duplo: a distância entre as fileiras fica menor e a direção da marcha é desviada. Analogamente, ao passar do ar para o vidro, por exemplo, onde sua velocidade se reduz, a onda de luz se desvia e a distância entre as cristas ( o chamado "comprimento de onda") fica menor.

A reflexão total e o ângulo crítico.

O feixe (AO) vem da água com um ângulo de 40^ocom a normal. Ao passar para o ar, se desvia e passa a fazer um ângulo de 60^ocom a normal (OB). Se o ângulo na água for aumentando, o ângulo no ar também aumenta. Quando o ângulo na água chega a 49,75^o (CO), o ângulo do feixe no ar passa a ser 90^o (OD), isto é, o raio de luz sai rasante à superfície da água. Esse ângulo de 49,75^o é o ângulo crítico para a luz que sai da água para o ar. E, se a incidência se der com um ângulo maior que o ângulo crítico, 60^o (EO), por exemplo? Nesse caso, toda a luz se reflete na superfície e volta para a água (OF). Isso se chama de reflexão total.

Quando o ângulo é menor que o ângulo crítico, a luz se reflete e se transmite, ao mesmo tempo. Mas, quando o ângulo é maior que o ângulo crítico, toda a luz se reflete. É por isso que esse fenômeno se chama de reflexão total.

            Quanto maior o índice de refração do meio de onde sai a luz, menor o ângulo crítico. Portanto, maior a chance de haver reflexão total.

Refração no Diamante

            Quanto maior o índice de refração de um material transparente, menor o ângulo crítico. Depois que um feixe de luz entra em um material de grande índice de refração, só sai se incidir, internamente, com um ângulo menor que o ângulo crítico.

O diamante tem um índice de refração n = 2,40. Com esse valor do índice de refração, o ângulo crítico do diamante (em relação ao ar) é pouco maior que 24^o. Uma vez dentro do diamante, a luz só sai se incidir na superfície interna com um ângulo menor que esse. De 24^o até 90^o a luz se reflete de volta.

FONTE: EDMS – Trabalhos Escolares, Educação & Diversão (ANO 2000 - 2003)