Cópia - Reflexão e refração da luz 1

2.3.2. Reflexão da luz 2.3.3. Refração da luz 2.3.4. Reflexão total da luz

Física 11º ano Gioconda Gregório

Sinais e ondas

2.3. Ondas eletromagnéticas

2.3.2. Refração da luz

2.3.3. Reflexão total da luz

2.3.1. Reflexão da luz

Índice

2.3.2. Reflexão da luz

Física 11º ano Florbela Miranda

Sinais e ondas

2.3. Ondas eletromagnéticas

Reflexão regular (especular) da luz Reflexão irregular (difusa) da luz

Ocorre em superfícies polidas. Ocorre em superfícies rugosas. A luz espalha-se em várias direções.

Ângulo de reflexão

Ângulo de incidência

Raio refletido - r

Raio incidente - i

Reflexão da luz

Reflexão de uma radiação eletromagnética.

Para estudar a reflexão de uma onda eletromagnética vamos representar um raio luminoso, que representa a direção e o sentido de propagação da onda eletromagnética.

Reflexão da luz

Quando uma onda, qualquer que seja a sua natureza, mecânica ou eletromagnética, incide na superfície de separação de dois meios, parte dela é devolvida para o mesmo meio. Este fenómeno é designado por reflexão.

Reflexão da luz

Os ângulos são medidos em relação à normal à superfície refletora.

Raio refletido

Raio incidente

2. O ângulo de incidência (α) e o ângulo de reflexão (β) são iguais.

1. O raio incidente (i), a normal à superfície no ponto de incidência (n) e o raio refletido (r) estão no mesmo plano.

Leis da Reflexão da luz

Reflexão da luz

Reflexão de uma radiação eletromagnética com ângulo de incidência de 0˚.

Se a luz incidir perpendicularmente à superfície, o ângulo de incidência e o ângulo de reflexão serão iguais a 0°, pelo que a luz será refletida invertendo apenas o sentido da propagação.

A fração de luz refletida, relativamente à incidente. depende da frequência da luzincidente, do ângulo de incidência e do material onde incide.

Reflexão da luz - aspetos importantes

Como ocorre absorção de energia na superfície de incidência a energia da onda refletida é menor do que a energia da onda incidente, sendo a intensidade da luz refletida menor do que a da luz incidente (logo a sua amplitude é menor).

Então, o comprimento de onda da luz refletida é igual ao da luz incidente.

A onda refletida e a onda incidente possuem a mesma frequência, uma vez que esta só depende da frequência da fonte emissora.

Na reflexão, a onda continua a propagar-se no mesmo meio e por isso a sua velocidade de propagação é a mesma.

Reflexão da luz - aplicações no dia-a-dia

Leitura de código de barras.

Monitor radar.

O radar (de Radio Detection And Ranging) serve para localizar objetos distantes: uma antena emite ondas, normalmente ondas de rádio ou micro-ondas, que são refletidas por um certo obstáculo, sendo depois detetadas. Sabendo a velocidade de propagação da onda e o tempo entre a sua emissão e receção, obtém-se a distância do objeto ao emissor/recetor, isto é, ao radar.

Num código de barras usa-se o facto de a luz ser mais refletida pelas superfícies claras do que pelas superfícies escuras.

A reflexão da luz ocorre na natureza em muitas situações e tem várias aplicações, como radares, leitura de códigos de barras, etc.

2.3.3. Refração da luz

Física 11º ano Florbela Miranda

Sinais e ondas

2.3. Ondas eletromagnéticas

Refração da luz

Ao desvio da direção de propagação da luz quando esta muda de meio chama-se refração da luz.

Quando a luz passa de um meio para outro a sua velocidade altera-se, pois depende das características do meio. Essa variação da velocidade provoca, em geral, um desvio da direção da luz.

Quando a luz incide na superfície de separação de dois meios, para além de ser refletida também pode ser transmitida. É o que acontece quando a luz visível passa do ar para a água ou para o vidro, meios transparentes a este tipo de luz.

Refração da luz

A «quebra» aparente da palhinha é devida ao desvio da luz quando passa da água para o vidro.

Desvio da direção de propagação da onda ao passar de um meio para outro, em consequência da diferente velocidade de propagação nos dois meios. Quanto maior for essa diferença de velocidades, maior será o desvio.

Um objeto colocado dentro de água parece estar acima da posição em que realmente se encontra. Isto acontece porque o nosso cérebro interpreta sempre que os raios de luz viajam em linha reta, sem sofrer desvios.

Refração da luz

Refração da luz

Reflexão e refração

Se a luz incidir na face de um bloco paralelepipédico de vidro, chamado «lâmina de faces paralelas», ela reflete-se e refrata-se na fronteira ar-vidro; transmite-se depois no vidro até encontrar a fronteira vidro-ar; aí volta a refletir-se e a refratar-se, passando para o ar novamente com um desvio.

Em geral, a refração da luz ocorre em simultâneo com a reflexão e com a absorção.

Refração da luz

O índice de refração é maior do que 1 em todos os materiais onde ocorre propagação da luz (exceto no vácuo, onde é 1), pois a velocidade da luz no vácuo é a velocidade máxima de propagação.

n - grandeza adimensional, ou seja, não tem unidades.

O índice de refração de um meio para uma onda eletromagnética, n, é a razão entre a velocidade de propagação da onda eletromagnética no vazio, c, e a velocidade de propagação da onda nesse meio, v :

O maior ou menor desvio da onda eletromagnética quando passa de um meio para outro meio diferente depende do índice de refração de cada meio.

Refração da luz

Refração da luz branca num prisma

A luz branca, que inclui luz de todas as frequências da banda visível, sofre uma refração na fronteira ar-vidro: é separada em ondas de várias frequências, pois estas sofrem desvios diferentes. Essas ondas voltam a sofrer refração na fronteira vidro-ar, sofrendo aí novos desvios. A luz violeta é a mais desviada, pois o índice de refração do vidro é maior para a luz violeta.

Refração da luz

A tabela que se segue mostra os diferentes índices de refrção para a luz branca em diferentes materias.

Raio refletido

Raio refratado

Ângulo de refração

Ângulo de reflexão

Ângulo de incidência

Normal

Raio incidente

Refração da luz

Meio 2

Meio 2

Meio 1

(o meio 1 é sempre o meio em que se encontra o raio incidente, apenas por uma questão prática)

Meio 1

Na refração: - se n1 < n2, a onda refratada aproxima-se da normal (α1 > α2); - se n1 > n2, onda refratada afasta-se da normal (α1 < α2).

Refração da luz

Nota: o meio com maior índice de refração (n) = meio oticamente mais denso ou mais refringente.

Nota: quando o ângulo de incidência é de 0º, o ângulo de refração também é de 0º.

Refração da luz

2. Os índices de refração do meio 1 e do meio 2, o ângulo de incidência e o ângulo de refração relacionam-se por:

1. O raio incidente na superfície de separação de dois meios (i), a normal à superfície no ponto de incidência (n) e o raio refratado (R) estão no mesmo plano.

Leis da Refração (Leis de Snell-Descartes)

Refração da luz

Ao meio que tiver maior índice de refração corresponderá o menor valor do seno, ou seja, o ângulo menor.

A expressão da Lei da Refração mostra que o índice de refração de um meio e o seno do ângulo correspondente a esse meio são inversamente proporcionais.

Refração da luz - resumo

A velocidade de propagação da onda e o comprimento de onda da onda refratada sofrem alteração. - Aumenta se a luz passa de um meio com maior índice de refração para outro com menor índice de refração. Consequentemente, o comprimento de onda também aumenta (como a frequência é constante, a velocidade e o comprimento de onda são diretamente proporcionais). - Diminui se a luz passa de um meio com menor índice de refração para outro com maior índice de refração. Consequentemente, o comprimento de onda também diminui.

A frequência da onda refratada é igual à da incidente (a frequência só depende da fonte emissora).

A intensidade da onda refratada é inferior à intensidade da onda incidente porque os fenómenos de reflexão e absorção ocorrem simultaneamente com o da refração.

2.3.4. Reflexão total da luz

Física 11º ano Adaptado por Margarida Almeida

Sinais e ondas

2.3. Ondas eletromagnéticas

Reflexão total da luz

Reflexão total da luz

Nem sempre a luz sofre refração ao incidir na superfície de separação de dois meios transparentes.

Reflexão total da luz

Refração e reflexão total da luz

Quando a luz passa de um meio com maior índice de refração (como o vidro) para um meio com menor índice de refração (como o ar), deixa de ocorrer refração a partir de um certo ângulo de incidência: a luz já não passa para o segundo meio, refletindo-se totalmente. Ocorre reflexão total.

Reflexão total da luz

Se α > αlim não ocorre refração, mas reflexão total.

Se α = αlim a luz passa para o segundo meio a rasar a superfície de separação: o ângulo de refração é 90°.

Se α < αlim ocorre refração.

O ângulo máximo de refração é 90°. Nesse caso, o correspondente ângulo de incidência é chamado ângulo limite, αlim, ou ângulo crítico. Para ângulos de incidência superiores deixa de haver refração e a reflexão é total.

Reflexão total da luz

• A luz incide na superfície de separação dos dois meios e o índice de refração do meio 1 é superior ao do meio 2: n1 > n2.

Reflexão total da luz ocorre quando:

• O ângulo de incidência é superior ao ângulo limite, α > αlim, sendo o ângulo limite obtido pela expressão:

Reflexão total da luz

• A luz incide na superfície de separação dos dois meios e o índice de refração do meio 1 é superior ao do meio 2: n1 > n2.

Reflexão total da luz ocorre quando:

• O ângulo de incidência é superior ao ângulo limite, α > αlim, sendo o ângulo limite obtido pela expressão:

Reflexão total da luz

n núcleo > n casca

Revestimento de proteção.

Casca: material que envolve o núcleo. Tem índice de refração menor do que o núcleo, de modo a ocorrer reflexão total, o que mantém a luz no interior do núcleo.

Núcleo cilíndrico onde a luz se propaga sofrendo múltiplas reflexões. É feito de um material de elevada transparência, baixa capacidade de absorção e elevado índice de refração.

Uma aplicação da reflexão total é a fibra ótica.

Reflexão total da luz - aplicações

As fibras óticas possuem uma elevada importância na sua aplicação em comunicações: são utilizadas em redes de computadores, nas redes de telefone, televisão e internet, etc.

As fibras óticas têm numerosas aplicações: decoração, iluminação, sensores, aparelhos médicos, etc.

A reflexão total também ocorre em fenómenos naturais como na formação de um arco-íris e nas miragens em desertos.

Reflexão total da luz