Quiz Zen

EMILY NEVES 3ºM

Reflexão e Refração da Luz

Reflexão

A reflexão ocorre quando a luz incide sobre uma superfície e retorna para o meio de origem. Esse fenômeno é regido pela Lei da Reflexão, que estabelece que o ângulo de incidência (ângulo entre o raio de luz incidente e a normal à superfície) é igual ao ângulo de reflexão (ângulo entre o raio refletido e a normal). A reflexão pode ser classificada como:

• Reflexão especular: ocorre em superfícies lisas e polidas, como espelhos, onde os raios de luz são refletidos em uma única direção, formando imagens nítidas.
• Reflexão difusa: acontece em superfícies rugosas, onde a luz é refletida em várias direções, não formando imagens claras.

Reflexão e Refração da Luz são dois fenômenos que ocorrem quando a luz interage com diferentes superfícies ou meios.

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Reflexão e Refração da Luz

• difusa, se ocorre numa superfície rugosa.

A reflexão diz-se

• especular, se ocorre numa superfície perfeitamente polida;em várias direções, não formando imagens claras.

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Reflexão

Leis da Reflexão da Luz:

• 1.ª o raio incidente, a normal à superfície de separação no ponto de incidência e o raio refletido encontram-se no mesmo plano.
• 2.ª o módulo do ângulo de incidência, medido em relação à normal à superfície de incidência, é igual ao módulo do ângulo de reflexão.

A reflexão da luz está na base de várias aplicações como:

• os espelhos retrovisores nos veículos, para que o condutor possa ver o que se passa atrás da viatura;
• a leitura do código de barras, que permite a identificação de produtos;
• os radares, para detetar objetos distantes.

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Reflexão

A velocidade com que a luz se propaga num determinado meio depende do índice de refração desse meio. 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.

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. 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. Ao desvio da direção de propagação da luz quando esta muda de meio chama-se refração da luz. Quando a luz, que se propaga num meio, atinge uma superfície que delimita outro meio e é refratada passa a propagar-se nesse meio numa direção diferente.

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Refração

⇒ n é adimensional; ⇒ nmeio ≥ 1 pois vmeio ≤ c ; ⇒ nar ≈ 1,00 pois var ≈ c; ⇒ v é tanto maior quanto menor for n

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.

• Índice de refração

Razão entre a velocidade de propagação da luz no vazio e a velocidade de propagação da luz nesse meio:

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Refração

É essa variação que explica a dispersão da luz.

O índice de refração de um meio também pode variar com o comprimento de onda da luz que o atravessa.

Quanto maior for o índice de refração menor será a velocidade de propagação da onda. O índice de refração no vidro para luz visível é diferente para cada frequência de luz diferente. O índice de refração aumenta do vermelho para o violeta, significando que a velocidade de propagação diminui do vermelho para o violeta. Quanto menor for a velocidade de propagação no vidro, maior será o desvio da luz quando passa do ar para o vidro ou do vidro para o ar.

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 vácuoé a velocidade máxima de propagação.

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Refração

Na refração: ⇒ se n1 < n2, então v1 e λ1 são superiores a v2 e λ2 e a onda refratada aproxima-se da normal; ⇒ se n1 > n2, então v1 e λ1 são inferiores a v2 e λ2 e a onda refratada afasta-se da normal;

⇒ a mesma frequência da onda incidente; ⇒ uma intensidade geralmente inferior pois ocorre simultaneamente reflexão e absorção; ⇒ um comprimento de onda e uma velocidade de propagação diferentes da onda incidente, cuja relação depende da relação entre os índices de refração dos dois meios:

Na refração, a onda refratada apresenta:

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Refração

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

n1 sen αi = n2 sen αr

Leis da Refração da Luz: (Leis de Snell-Descartes)⇒ 1.ª o raio incidente, a normal à superfície de separação no ponto de incidência e o raio refratado encontram-se no mesmo plano; ⇒ 2.ª a razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração é constante e igual à razão entre os índices de refração dos meios 2 e 1, logo:

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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.

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

Efeito que ocorre quando a radiação que incide numa superfície que delimita dois meios distintos não sofre refração sendo totalmente refletida.

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Refração

Uma aplicação da reflexão total é a fibra ótica.

Na situação limite o ângulo incidente é igual ao ângulo limite αc e o ângulo de refração é 90°, logo:

Ângulo limite ou ângulo crítico Ângulo de incidência a partir do qual todos os raios incidentes são totalmente refletidos na superfície que separa os dois meios.

Só ocorre reflexão total quando:

• o raio incidente se dirige de um meio com maior índice de refração (menor v) para outro com menor índice de refração (maior v), afastando-se da normal (n1 > n2);

• o ângulo de incidência é superior ao ângulo limite (αi > αc).

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Refração

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 são constituídas por um núcleo central revestido por outro material cujo índice de refração é inferior ao do núcleo.

• Para evitar uma atenuação significativa do sinal, o material que constitui o núcleo deve apresentar uma elevada transparência à radiação a transmitir.

• As fibras óticas têm inúmeras aplicações como: decoração, cabos óticos ou sensores e instrumentos médicos.

A fibra ótica constitui uma das aplicações mais importantes da reflexão total. 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.

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Refração

Fibras Ópticas Utilizam a reflexão total interna para transmitir dados através de longas distâncias.

Microscópios Utilizam a refração para ampliar objetos minúsculos.

Lentes de Câmeras Utilizam a refração para focalizar a luz e criar imagens nítidas.

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Aplicações da refração e reflexão

Conclusão e considerações finais A refração e a reflexão da luz são fenômenos fundamentais que explicam como vemos o mundo ao nosso redor. Suas aplicações são vastas, impactando áreas como fotografia, medicina e telecomunicações. A compreensão desses princípios abre portas para novas descobertas e inovações tecnológicas.