4. Refração e reflexão Narciso- Michelangelo Caravaggio- 1598

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1 4. Refração e reflexão Narciso- Michelangelo Caravaggio- 1598
FGE o. sem. 2007

2 Raios de luz Diagramas com raios de luz para localização de imagens
Propriedades dos raios de luz Propagação retilínea em meio homogêneo Independência reversibilidade 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

3 Propagação retilínea dos raios de Luz
Em um meio homogêneo a luz se propaga em linha reta Câmara escura 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

4 Princípio da independência dos raios
A propagação da luz independe da existência de outros raios de luz na região que atravessa. 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

5 Reversibilidade dos raios luminosos
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6 Reflexão especular e reflexão difusa
Superfície polida Reflexão especular Superfície com rugosidade Reflexão difusa (ou espalhamento) 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

7 Lei da Reflexão i r Normal Raio incidente Raio refletido
Plano de incidência Raio refletido Raio incidente Interface entre os dois meios i r 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

8 Como vemos um objeto não luminoso?
Modelo grego: os olhos emitiriam partículas que tornavam os objetos visíveis O objeto espalha raios de luz provenientes de uma fonte luminosa e estes alcançam nossos olhos 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

9 E se o objeto é transparente?
Por que a água e vidro são transparentes? Foto com reconstrução da imagem por computador para tornar visível o cubo de gelo no copo 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

10 E se o objeto é transparente?
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11 Refração Ao passar de um meio para outro, há uma mudança na direção de propagação da luz Bastão mergulhado em um copo com água (a) Vertical (b) inclinado 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

12 Refração – Lei de Snell 1 2 Para um dado par de meios 1 e 2:
Cte  depende dos materiais dos quais são feitos os meios, índice de refração 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

13 Índice de Refração n12=v1/v2 n=c/v
O desvio que a direção de propagação da luz sofre ao passar do meio 1 para o meio 2 depende da velocidade em cada meio. Meio 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 n12=v1/v2 Meio 1  vácuo v1=c=3x108m/s n=c/v A velocidade da luz é menor na água ou no vidro, do que no vácuo 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

14 Lei de Snell 1 2 Meio 1 Meio 2 FGE o. sem. 2007

15 De que material deveria ser feito o homem invisível?
Ele poderia enxergar? 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

16 Índice de Refração Reversibilidade
Ao passar de um meio de índice de refração menor para um maior, a direção de propagação da luz se aproxima da normal Reversibilidade 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

17 Exemplo Meio 1=água n1=1,3 ar 1=90o -60o=30o Meio 2 =ar n2=1,0 2=?
sen2=(1,3 sen30o)/1,0=0,65  2 =40,5o =90o-40,5o=49,5o 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

18 Refração O peixe parece estar á uma profundidade menor do que a real
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19 Refração mudança no comprimento de onda da onda refratada
Observação em uma cuba de onda 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

20 Dispersão variação do índice de refração com o comprimetno de onda
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21 Reflexão total interna
n1sen1=n2sen2 1=90o, sen1=1 n1 n2>n1 L Situação limite Para 2=L  1=90o 1 aumenta 2 aumenta n1 n2>n1 2 1 Para 2>L Somente reflexão interna Medida de L  usado para determinação de índice de refração de líquidos ou vidros 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

22 Reflexão total interna
Indice de refração do meio L=arcsen(nar/nmeio) água 1,33 48,8o vidro 1,5 41,8o glicerina 1,90 31,8o diamante 2,42 24,4o 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

23 Como o peixe vê um banhista?
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24 Fibra ótica comunicação endoscopia 4. Refração e Reflexão
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25 Fibra ótica 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

26 Arco Iris 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

27 Miragens Miragens acontecem quando os raios de luz que atingem nossos olhos atravessaram um meio não homogêneo (o ar) onde o índice de refração não é constante, devido normalmente à variações de temperatura 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

28 Miragens Temp. do ar (oC) Indice de refração 47,50 1,00050 47,75
1,00040 48,00 1,00035 48,25 1,00027 48,50 1,00025 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

29 Miragens A miragem mais comum é a observada quando a temperatura do ar é mais elevada nas camadas mais próximas da superfície porém, em regiões muito frias, ou no mar, pode ocorrer o contrário, o ar nas camadas mais baixas é mais frio. Essas miragens assustaram muitos navegadores nos séculos passados. 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

30 Miragens Os objetos podem aparecer flutuando no céu, como na figura, ou simplesmente aparecer no horizonte, em uma posição mais alta do que realmente se encontra, como acontece no pôr do sol. 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

31 Demonstração da lei de Snell usando o princípio de Huygens
usando o princípio de Fermat 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

32 Princípio de Huygens Todos os pontos de uma frente de onda podem ser considerados como fontes de onda secundárias que se espalham pra fora com uma velocidade igual à velocidade de propagação da onda. 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

33 Princípio de Huygens Frente de onda A’ 1 A B’ B 2
Num certo intervalo de tempo t, a onda se desloca de AA’ até BB O trecho AB é percorrido no meio 2, com velocidade v2 e o trecho A’B’ é percorrido no meio 1, com velocidade v1. Então: Frente de onda 1 A A’ B B’ Meio 2 n2 n2>n1 Meio 1 n1 2 Pela figura vemos que: Como n1 = c / v1 e n2 = c / v2 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

34 Princípio de Fermat Quando um raio de luz propaga-se entre dois pontos P e P’ quaisquer, a trajetória seguida é aquela que requer o menor tempo de percurso v1=c/n1, v2=c/n2 r1= distância percorrida no meio 1 r2=distância percorrida no meio 2 Tempo total para percurso PP’=t n1 n2 d 1 2 a P P’ x d-x r1 r2 b Escolhendo diferentes valores de x, pode-se tomar diferentes trajetórias entre P e P’ 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

35 Princípio de Fermat Para obter o tempo mínimo vamos derivar a expressão anterior, em relação a x, e igualar a derivada a zero; Pela figura: 4. Refração e Reflexão FGE o. sem. 2007

36 5. Polarização FGE o. sem. 2007

37 Onda eletromagnética Onda Não polarizada onda transversal
Plano de vibração do campo elétrico  perpendicular à direção de propagação da onda Onda Não polarizada onda transversal Velocidade de propagação Onda polarizada Velocidade de propagação 5. Polarização FGE o. sem. 2007

38 Polarizadores Luz não polarizada Filtro de polarização Luz polarizada
Professor Professor visto entre dois polarizadores Eixos dos polazidores alinhados perpendicularmente Eixos dos polazidores alinhados paralelos 5. Polarização FGE o. sem. 2007

39 Polarizadores – analogia mecânica
5. Polarização FGE o. sem. 2007

40 Polarização por reflexão
Para um ângulo de incidência =B, chamado de ângulo de Breswter, a luz refletida é polarizada, com a direção de polarização paralela ao plano da superfície refletora Nessa situação: 1+2=90o Aplicando a Lei de Snell Luz incidente não polarizada Luz refletida polarizada Luz refratada parcialmente polarizada 5. Polarização FGE o. sem. 2007

41 Polarizadores Qual dos óculos acima é o mais adequado para eliminar reflexos ? 5. Polarização FGE o. sem. 2007

42 Polarização por refração – refração dupla em cristais
Os dois raios refratados na calcita são polarizados, com polarizações ortogonais 5. Polarização FGE o. sem. 2007

43 6. Espalhamento FGE o. sem. 2007

44 Espalhamento Poeira inter-estelar Luz azul espalhada Luz vermelha da estrela Terra Desvio na direção de propagação da luz ao interagir com pequenas partículas de dimensões menores que o comprimento de onda da luz. 6. Espalhamento FGE o. sem. 2007

45 Por que o céu é azul? Estudos de Lord Rayleigh- espalhamento da luz por partículas com diâmetro </10 Partículas do ar (gotículas) , poeira, etc Intensidade do espalhamento (I) proporcional à -4 Cor Comprimento de onda (nm) violeta nm azul 450 – 495 nm verde 495 – 570 nm amarelo nm laranja nm vermelho 620 –750 nm Maior intensidade de espalhamento para comprimentos de onda menores azul é mais espalhado do que vermelho 6. Espalhamento FGE o. sem. 2007

46 Referências http://en.wikipedia.org/wiki/Opticswww.lightandmatter.com
R. A . Serway, Física 3 para Cientistas e Engenheiros, 3ª. Edição. Editora Livros Técnicos e Científicos, (1996). Capítulo 35 Sears e Zemansky- Física IV- Ótica e Física Moderna, 10ª. Ed., Addison Wesley (2004). Capítulo 34 FGE o. sem. 2007