REFRAÇÃO DA LUZ FÍSICA M.14 Slides Capítulo 1: Refração da luz

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1 REFRAÇÃO DA LUZ FÍSICA M.14 Slides Capítulo 1: Refração da luz
Reflexão total Capítulo 3: Refração em dioptros planos e em lâminas de faces paralelas Capítulo 4: Dispersão da luz / prismas

2 Capítulo 1 Refração da luz
ROBERTO VAMOS/TYBA Capítulo 1 Refração da luz

3 Luz branca É formada por uma infinidade de radiações monocromáticas (policromática). Espectro visível ao olho humano: 1 Refração da luz

4 Refração da luz Passagem da luz de um meio a outro, envolvendo mudança na velocidade de propagação. SYLVIA CORDAIY PHOTOLIBRARY/ALAMY/OTHER-IMAGES 1 Refração da luz

5 Velocidade da luz (c) No vácuo: 3 • 108 m/s.
Em outro meio: depende da densidade deste. SCIENCE PHOTOS/ALAMY/OTHER-IMAGES Professor: a velocidade da luz no vidro é menor que a velocidade da luz no ar. Em qualquer meio, ela é menor que a velocidade no vácuo. 1 Refração da luz

6 Índice de refração absoluto (n)
É a razão entre a velocidade da luz no vácuo c e a velocidade da luz no meio considerado v: 1 Refração da luz

7 Índices de refração de alguns meios materiais
Meio material Índice de refração (n) Ar 1,00 Água 1,33 Vidro 1,50 Glicerina 1,90 Álcool etílico 1,36 Diamante 2,42 Acrílico 1,49 Professor: diz-se que o meio que tem maior índice de refração tem maior refringência. O índice de refração do ar foi adotado como 1,00 porque a velocidade da luz no vácuo e no ar são muito próximas. 1 Refração da luz

8 Índices de refração: mesmo meio e luzes diferentes
Luz monocromática Índice de refração (n) de um bloco de vidro Violeta 1,532 Azul 1,528 Verde 1,519 Amarela 1,517 Alaranjada 1,514 Vermelha 1,513 1 Refração da luz

9 Leis da refração 1a lei: o raio incidente (RI), a normal à superfície de separação (N) e o raio refratado (RR) estão no mesmo plano. Meio 1 Plano de incidência Professor: lembre os alunos de que a reta normal é a reta perpendicular à superfície no ponto considerado. Meio 2 1 Refração da luz

10 Leis da refração 2a lei (Snell-Descartes): a razão entre o seno do ângulo de incidência ( i ) e o seno do ângulo de refração ( r ) depende apenas dos meios nos quais a luz se propaga. ^ ^ Professor: a razão constante n2/n1 é conhecida como índice de refração relativo do meio 2 em relação ao meio 1. 1 Refração da luz

11 Consequências da lei de Snell-Descartes
(Diminuição de velocidade) Meio 1 Meio 2 Direção original Professor: quando a luz passa de um meio menos refringente (mais veloz) para um meio mais refringente (menos veloz), o raio refratado se aproxima da normal. 1 Refração da luz

12 Consequências da lei de Snell-Descartes
(Aumento de velocidade) Meio 1 Meio 2 Direção original Professor: quando a luz passa de um meio mais refringente para um meio menos refringente, o raio refratado se afasta da normal. 1 Refração da luz

13 Consequências da lei de Snell-Descartes
Meio 1 Meio 2 Professor: se o raio de luz incide normal à superfície (ângulo de incidência = zero), o raio refratado não muda a direção de sua trajetória. 1 Refração da luz

14 Refração em um bloco de vidro
SCIENCE PHOTOS/ALAMY/OTHER-IMAGES Professor: esta foto serve como exemplo para duas consequências da lei de Snell-Descartes: quando a luz passa do ar para o vidro, o raio refratado se aproxima da normal; quando o raio sai do vidro e vai para o ar, a luz refratada se afasta da normal. O índice de refração do vidro é maior que o do ar. 1 Refração da luz

15 Refração atmosférica Atmosfera Posição aparente 1 Refração da luz
Professor: a mudança na densidade do ar das camadas atmosféricas produz um desvio acentuado nos raios de luz vindos de um objeto exterior à Terra. Isso acontece, por exemplo, com as estrelas. Quando olhamos para o céu, vemos a luz de uma estrela vinda de uma posição diferente daquela na qual ela realmente está (ou estaria se a víssemos de fora da atmosfera terrestre). Atmosfera 1 Refração da luz

16 Princípio do menor tempo de Fermat
AreiaMar Professor: na figura da esquerda, a linha tracejada mostra o caminho de menor distância que poderia ser percorrido pela luz. A refração da luz, no entanto, mostra que ela segue o caminho no qual gasta o menor tempo. Esse fenômeno foi demonstrado por Fermat. A figura da direita ilustra o exemplo do salva-vidas que tem três caminhos para ir de A (na areia) a M (no mar). Se o salva-vidas se locomove mais rápido na areia que no mar, assim como a luz se propaga mais rápido no ar que no vidro, o caminho mais rápido para o salva-vidas será o traçado em preto (ver exemplo da página 8 do módulo). PHOTO RESEARCHERS/LATINSTOCK 1 Refração da luz

17 Já sabe responder? Por que as estrelas parecem piscar no céu?
GIOVANNI BENINTENDE/ SHUTTERSTOCK IMAGES Professor: as estrelas parecem “piscar” ou “cintilar” no céu devido à existência de correntes móveis de ar quente e ar frio na atmosfera. Essa turbulência atmosférica altera a direção do raio de luz proveniente da estrela; mesmo pequenas variações de temperatura e densidade causadas pelas correntes de ar alteram o índice de refração do ar. Temos, então, a impressão de que a estrela está alternando sua posição porque a trajetória da luz sofre desvios aleatórios. 1 Refração da luz

18 Capítulo 2 Reflexão total
ROBERTO VAMOS/TYBA Capítulo 2 Reflexão total

19 Reflexão total 2 Reflexão total
Professor: entre A e D, parte da luz que é emitida pela lâmpada no fundo do aquário é refletida pela superfície de volta para a água. A partir de D, ou seja, para raios incidindo na superfície da água com ângulos maiores que o ângulo limite, há reflexão total dos raios. 2 Reflexão total

20 Ângulo limite É o menor ângulo de incidência da luz em uma superfície de separação entre dois meios a partir do qual ela é totalmente refletida. N N 2 Reflexão total

21 Determinação do ângulo limite
2 Reflexão total

22 Redução do campo de visão
Professor: uma pessoa que está na água e olha para o alto tem seu campo de visão reduzido devido à reflexão total da luz na superfície da água. Sua visão para fora será restrita a um cone de raio correspondente ao ângulo limite (no caso, 48º). A reflexão total, no entanto, permite que ele enxergue bem o garoto à sua direita. 2 Reflexão total

23 O brilho dos diamantes Luz branca Menos do que
24º, de modo que toda luz é refratada. GEORGE B. DIEBOLD/CORBIS/LATINSTOCK Mais do que 24º, de modo que toda luz é refletida Internamente. Professor: o diamante é um composto de carbono naturalmente cristalizado a alta pressão. Pode ser lapidado, como nas figuras, com o objetivo de refletir e espalhar a luz. Grande parte da luz que incide no diamante, ao tentar voltar para o ar através de ângulos de incidência maiores que 24º, sofre reflexões sucessivas em suas faces, provocando o efeito brilhante. 2 Reflexão total

24 Miragem na estrada 2 Reflexão total
Professor: a luz refletida pelas nuvens sofre refração repetidas vezes nas camadas de ar quente próximas à estrada, até que o ângulo de incidência de parte dessa luz supere o ângulo limite, e ocorra reflexão total. O motorista tem a impressão de ver a pista molhada, mas na verdade ele está vendo a imagem da nuvem refletida pela camada de ar quente. 2 Reflexão total

25 Miragem na estrada 2 Reflexão total
D. LEVESQUE/SCIENCE PHOTO LIBRARY/LATINSTOCK Professor: foto de reflexão total na estrada 2 Reflexão total

26 Miragem no deserto 2 Reflexão total
Professor: o mesmo efeito de miragem nas estradas em dias quentes ocorre no deserto. A luz vinda de árvores, por exemplo, pode sofrer reflexão total nas camadas de ar quente próximas ao chão e dar a ilusão de um lago no meio do deserto. 2 Reflexão total

27 Miragem no deserto 2 Reflexão total
MAXIMILIAN WEINZIERL/ALAMY/LATINSTOCK Professor: foto de reflexão total no deserto 2 Reflexão total

28 Fibras ópticas Núcleo Casca Bainha Isolamento Capa 2 Reflexão total
KEVIN CURTIS/SCIENCE PHOTO LIBRARY/LATINSTOCK Professor: a fibra óptica é usada para transmitir informação na forma de pulsos de luz, que ficam armazenados dentro da fibra devido à reflexão total nas paredes. Em A: múltiplas reflexões totais no interior de uma fibra óptica. Em B: estrutura de uma fibra óptica. Núcleo: filamento de vidro ou plástico por onde passa a luz. Casca: camada que reveste o núcleo com índice de refração inferior ao dele. Capa: proteção de plástico que envolve o núcleo e a casca. Isolamento: fibras que ajudam a proteger o núcleo contra impactos e tensões excessivas. Bainha: capa que recobre o cabo de fibra óptica. Núcleo Casca Bainha Isolamento Capa 2 Reflexão total

29 Já sabe responder? A luz pode fazer curvas? 2 Reflexão total
KEVIN CURTIS/SCIENCE PHOTO LIBRARY/LATINSTOCK Professor: em uma fibra óptica é possível moldar a trajetória da luz no formato curvo, graças às inúmeras reflexões totais que a luz sofre no seu interior. 2 Reflexão total

30 Refração em dioptros planos e em lâminas de faces paralelas
ROBERTO VAMOS/TYBA Capítulo 3 Refração em dioptros planos e em lâminas de faces paralelas

31 Dioptro plano N PHOTO RESEARCHERS/LATINSTOCK Imagem Objeto Professor: quando estamos em um dos meios que compõem o dioptro plano, nossa visualização dos objetos que estão do outro lado da superfície de separação é afetada pela refração da luz que emerge desses objetos. Por isso um lápis parece “quebrado” quando o vemos dentro de um copo com água. 3 Refração em dioptros planos e em lâminas de faces paralelas

32 Refração no dioptro plano
Observador Professor: o observador está no meio menos refringente (índice de refração menor). A imagem I do objeto O é virtual (na intersecção dos raios refratados) e está mais próxima da superfície de separação. Lembre os alunos de que a convenção para a ordem dos índices de refração é: a luz vem do objeto e vai para o observador. 3 Refração em dioptros planos e em lâminas de faces paralelas

33 Refração no dioptro plano
Professor: o observador está no meio mais refringente (índice de refração maior). A imagem I do objeto O é virtual e está mais afastada da superfície de separação. Observador 3 Refração em dioptros planos e em lâminas de faces paralelas

34 Refração negativa Professor: a refração negativa só é observada em materiais especialmente construídos para esse efeito (metamateriais). Nesse caso, a luz sofre um desvio que a faz recuar. 3 Refração em dioptros planos e em lâminas de faces paralelas

35 Refração negativa Professor: quando vemos um peixe em um lago, temos a impressão de que o peixe está acima da posição real. Se a água fosse um metamaterial, teríamos a impressão de que o peixe estaria fora da água. 3 Refração em dioptros planos e em lâminas de faces paralelas

36 Lâmina de faces paralelas
SCIENCE PHOTOS/ALAMY/OTHER-IMAGES Professor: um sólido transparente à luz, que tem duas faces opostas em direções paralelas, pode ser considerado uma lâmina de faces paralelas. O feixe luminoso, ao atravessar uma lâmina de faces paralelas, sofre dupla refração. 3 Refração em dioptros planos e em lâminas de faces paralelas

37 Lâmina de faces paralelas – dupla refração
Vidro Ar 3 Refração em dioptros planos e em lâminas de faces paralelas

38 Já sabe responder? Por que a profundidade de uma piscina parece diminuir quando ela está cheia de água? DAN SUZIO/PHOTO RESEARCHERS/LATINSTOCK Professor: o piso da piscina reflete a luz externa, que, ao atravessar a superfície de separação do dioptro água-ar, sofre refração, mudando de direção e se afastando da normal. A imagem do piso vista por um observador no ar será formada numa profundidade menor que a de sua posição real. 3 Refração em dioptros planos e em lâminas de faces paralelas

39 Dispersão da luz / prismas
ROBERTO VAMOS/TYBA Capítulo 4 Dispersão da luz / prismas

40 Dispersão da luz 4 Dispersão da luz / prismas
SCIENCE PHOTO LIBRARY/LATINSTOCK EDUARDO SANTALIESTRA/CID Professor: Newton observou que a luz branca, ao atravessar um prisma, poderia ser decomposta em luzes monocromáticas coloridas, na mesma sequência em que elas eram vistas no arco-íris. Por meio de seus experimentos em óptica, ele descobriu também que as luzes poderiam ser “recombinadas” em um feixe de luz branca se passassem novamente por um prisma. A dispersão do feixe colorido ocorre porque cada “cor” se refrata de forma diferente na parede do prisma, e a geometria do prisma ajuda a aumentar ainda mais essa diferença, “abrindo o leque” das cores. 4 Dispersão da luz / prismas

41 Prisma óptico Aresta Base 4 Dispersão da luz / prismas

42 Arco-íris As gotas de água da chuva funcionam como prismas, dispersando a luz branca em um arco colorido. A B SHIGEJI ASANO/CORBIS/LATINSTOCK SCIENCE PHOTO LIBRARY/LATINSTOCK Professor: à esquerda, arco-íris; à direita, esquema mostrando a dispersão da luz devido à refração em uma gota de água. C 4 Dispersão da luz / prismas

43 Prismas de reflexão total
Ângulo limite do vidro: cerca de 42° Em ângulos de incidência maiores  reflexão total da luz 4 Dispersão da luz / prismas

44 Periscópio 4 Dispersão da luz / prismas
Professor: os periscópios podem utilizar prismas nos quais ocorre o fenômeno da reflexão total. Dentro de cada prisma, o raio atinge a face maior em ângulo superior ao ângulo limite, sendo, por isso, totalmente refletido. 4 Dispersão da luz / prismas

45 Binóculo 4 Dispersão da luz / prismas
Professor: o conjunto de prismas utilizados no binóculo permite aumento no comprimento da trajetória da luz sem aumento no tamanho do tubo do binóculo, que permanece eficiente, apesar de compacto. 4 Dispersão da luz / prismas

46 Já sabe responder? É possível produzir um arco-íris mesmo sem chuva?
ALEXANDER FEDIACHOV/SHUTTERSTOCK Professor: sim, é possível. Uma das maneiras é utilizar a água que sai de uma mangueira de jardim em um dia de sol (não o do meio-dia). A pessoa deve colocar o dedo na extremidade da mangueira para criar um jato de água que se abra em leque. Ao se posicionar de costas para o Sol, ela perceberá ao redor da água espraiada a luz sofrendo dispersão da mesma forma que em um arco-íris. 4 Dispersão da luz / prismas