Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 2ª Série Refração.

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2 Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física Ensino Médio, 2ª Série Refração

3 REFRAÇÃO DA LUZ  É o fenômeno que ocorre quando a luz tem a sua velocidade alterada. Exemplo: - Quando a luz passa do AR para a ÁGUA. AR ÀGUA LUZ Há um desvio

4 AR ÀGUA LUZ Por que a luz desvia ? Menos refringente Mais refringente Uma parte da onda luminosa entra no meio mais refringente, passando a ter uma velocidade menor, enquanto a outra parte da onda luminosa continua no meio menos refringente com uma velocidade maior, ocorrendo o desvio.

5  Sempre que a luz incide obliquamente em uma superfície de separação de dois meios ela vai sofrer um desvio. Meio 1 Meio 2 N R.I Raio incidente R.R Raio refratado î r ^ R.R Raio refletido r ^ ÂNGULOS: Incidência - Reflexão - Refração î = r ^ CUIDADO: Os ângulos de incidência e reflexão são iguais, mas o de incidência e refração não são iguais. î = î  r ^ r ^

6 ÍNDICE DE REFRAÇÃO ABSOLUTO DE UM MEIO (n)  É a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio considerado. n = C V  O índice de refração não tem unidade, é uma grandeza adimensional. c = velocidade da luz no vácuo (m/s) c = 3 x 10 8 m/s v = velocidade da luz no meio (m/s) UNIDADE: c  m/s v  m/s n = c  m/s V  m/s

7 EXEMPLOS: Índice de refração absoluto de um meio (n) n VÁCUO = 1 n AR = 1 n ÁGUA = 1,3 n VIDRO = 1,5 ˜ v VÁCUO = 3 x 10 8 m/s v AR = 3 x 10 8 m/s v ÁGUA = 2,25 x 10 8 m/s v VIDRO = 2 x 10 8 m/s ˜ REFRINGÊNCIAREFRINGÊNCIA +- n +- V + - n  1 V

8 ANALISANDO AS GRANDEZAS V = X f VELOCIDADE DE UMA ONDA depende:... do meio; da densidade; das condições do meio; da profundidade no caso de ondas na água.  A velocidade NÃO depende da freqüência. FREQÜÊNCIA DE UMA ONDA: depende da fonte emissora REFRAÇÃO:  Muda a velocidade, muda o mas NÃO muda a freqüência, pois a fonte emissora é a mesma. V  f constante

9 Meio 1 Meio 2 N R.I R.R î r ^ V 1 1 f 1 n 1 V 2 2 f 2 n 2 O meio 1 é o menos refringente. O meio 2 é o mais refringente. EXEMPLOS V 1 > V 2 î > r ^ 1 > 2 = f 1 = f 2 n 1 < n 2 Quando a luz passa de um meio mais refringente para outro menos refringente, o raio se afasta da normal.

10 1 2 EXEMPLOS: R.I R.R menos refringente mais refringente

11 Meio 1 Meio 2 EXEMPLOS: N R.I R.R î r ^ V 1 1 f 1 n 1 V 2 2 f 2 n 2 V 1  V 2 î  r ^ O meio 1 é o MAIS refringente. O meio 2 é o MENOS refringente. 1  2 = f 1 = f 2 n 1 > n 2 Quando a luz passa de um meio menos refringente para outro mais refringente, o raio se aproxima da normal.

12 1 2 R.I R.R EXEMPLOS: mais refringente menos refringente

13 Meio 1 Meio 2 EXEMPLOS: R.I R.R = î = 0 o V 1 1 f 1 n 1 V 2 2 f 2 n 2 V 1 > V 2 = î = r ^ O meio 1 é o MENOS refringente. O meio 2 é o MAIS refringente. 1 > 2 = f 1 = f 2 n 1  n 2 r ^ = = 0 o N Quando a luz incide obliquamente a mesma atravessa sem sofrer desvio.

14 EXEMPLOS: 1 2 R.I R.R menos refringente mais refringente Quando a incidência é perpendicular não há desvio, mas há refração, pois muda a velocidade.

15 LEI DE SNELL - DESCARTES 1 2 N R.I R.R î r ^ n 1 x î n 2 x r ^ n 1 x sen = n 2 x sen î r ^

16 Índice de refração relativo: Índice de refração do meio 1 em relação ao meio 2. n 1 sen n 2 sen î r ^ Índice de refração do meio 2 em relação ao meio 1. n 2 sen n 1 sen î r ^

17 LÂMINAS DE FACES PARALELAS AR VIDRO N N î ê î = ê D E

18 VIDRO LÂMINAS DE FACES PARALELAS N N ê î = ê AR î

19 LÂMINAS DE FACES PARALELAS AR VIDRO AR î = 0 o ê = 0 o

20 DISPERSÃO LUMINOSA É o fenômeno pelo qual a luz branca se decompõe nas sete cores. Exemplo: Arco-íris

21 DISPERSÃO LUMINOSA V ermelho A laranjado A marelo V erde A zul A nil V ioleta Quando um raio de luz branca incide num prisma, penetra nele separando-se num espectro de cores: é o fenômeno da dispersão da luz branca.

22 DISPERSÃO LUMINOSA V ermelho A laranjado A marelo V erde A zul A nil V ioleta fE n VAAVAAVVAAVAAV desviodesvio V

23 COMO SE FORMA O ARCO-ÍRIS Gota de Chuva Luz solar (branca) violeta vermelho

24 Formação de uma faixa colorida do Arco-ÍrisFormação de uma faixa colorida do Arco-Íris Luz branca (solar) Direção do raios solares Gota de Chuva Faixa colorida violeta do arco-íris. violeta Todas as gotas que enviam uma determinada cor de luz ao olho do observador estão sobre uma circunferência. Devido a isso, ele vê o arco-íris de forma circular.

25 Formação do Arco-Íris Luz branca (solar) violeta vermelho V ermelho A laranjado A marelo V erde A zul A nil V ioleta

26 FENÔMENOS DEVIDOS À REFRAÇÃO A imagem de um peixe ou moeda dentro de um recipiente com água é vista por alguém fora d’água acima de onde o peixe ou moeda realmente está. O I Ar Água

27 FENÔMENOS DEVIDOS À REFRAÇÃO Dióptro plano é o conjunto de dois meios homogêneos e transparentes, separados por uma superfície plana S. Por exemplo a água tranqüila de um lago e o ar, separados pela superfície livre do líquido constituem um dióptro plano. Dióptro Plano

28 FENÔMENOS DEVIDOS À REFRAÇÃO ar-águaar-água ar água S n’ n P O P’ x’ x água-arágua-ar ar água S n n’ P O P’ x x’ Dióptro ar-água, água-ar:

29 Dióptro Plano 1º caso (olhando PARA a água)

30 Dióptro Plano 2º caso (olhando DA a água)

31 Equação Uma equação que “funciona qualquer situação”. di → profundidade ou altura da imagem. do → profundidade ou altura do objeto. n passa → meio no qual a luz incide n provém → meio na qual a luz “veio”

32 FENÔMENOS DEVIDOS À REFRAÇÃO A duração do dia é prolongada. SOL IMAGEM

33 FENÔMENOS DEVIDOS À REFRAÇÃO A imagem de uma estrela vista por nós não corresponde à sua posição real por causa da refração da luz na atmosfera.. IMAGEM OBJETO

34 ASFALTO MOLHADO NUM DIA QUENTE A temperatura do ar influi em sua densidade e em seu Índice de Refração. Perto do asfalto quente, o ar tem menores densidades e Índice de Refração que as camadas de ar mais “frias” acima. A Reflexão Total da luz dá a impressão de que o asfalto está molhado. A temperatura do ar influi em sua densidade e em seu Índice de Refração. Perto do asfalto quente, o ar tem menores densidades e Índice de Refração que as camadas de ar mais “frias” acima. A Reflexão Total da luz dá a impressão de que o asfalto está molhado.

35 REFLEXÃO TOTAL DA LUZ E ÂNGULO LIMITE Quando a luz vai passar de um meio mais refringente para outro menos refringente, um fenômeno interessantíssimo pode ocorrer. Observe o aumento do ângulo de incidência. (1) (2) O A D C 90º FIBRA ÓPTICA

36 1 2 R.I L ^ î1î1 î2î2 î REFLEXÃO TOTAL E ÂNGULO LIMITE ( ) L ^ N r ^ r1r1 ^ r2r2 ^ R.R n1n1 n2n2 Ângulo Limite L É o ângulo de incidência em que o correspondente ângulo de refração é de 90 0 Quando o ângulo de incidência é maior do que o ângulo limite ocorre reflexão total R.R Quando a luz vai passar de um meio mais refringente para outro menos refringente, um fenômeno interessantíssimo pode ocorrer. Observe o aumento do ângulo de incidência.

37 REFLEXÃO TOTAL E ÂNGULO LIMITE ( ) L ^ Ângulo Limite L - É o ângulo de incidência em que o correspondente ângulo de refração é de 90 0 Quando o ângulo de incidência é maior do que o ângulo limite ocorre reflexão total. n 1 x sen î = n 2 x sen n 1 x sen = n 2 x sen 90 0 n 1 x sen = n 2 x 1 sen = n 2 n 1 r ^ L ^ L ^ L ^ sen n menor n maior L ^

38 Prismas Prisma em Óptica, é o conjunto de três meios homogêneos e transparentes, separados por duas superfícies planas não paralelas que são as faces do Prisma. aresta secção principal A

39 Representação gráfica A vidro ar raio incidente i1i1 r1r1 A r2r2 raio emergente i2i2

40 Variáveis i 1 e r 1 → ângulo de incidência e refração na primeira face. r 2 e i 2 → ângulo de incidência e refração na segunda face (respectivamente). α → desvio na primeira face. β → desvio na segunda face. δ → desvio total. A → abertura do prisma.

41 Relações entre os ângulos Ângulo de refringência (abertura). Desvio entre raio incidente e emergente.

42 Desvio mínimo Condições: Os ângulos de incidência e emergência do prisma iguais (i 1 = i 2 ). O raio luminoso interior ao prisma deve ser paralelo à base do mesmo. Relações: pois r 1 = r 2 = r pois i 1 = i 2 = i

43 Prismas de Reflexão Total Prisma de Amici i i = 45 L = 42 Prisma de Porro i i = 45L = 42